DE69611640T2

DE69611640T2 - Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers, insbesondere zum Herstellen eines Kondensators für Fahrzeugklimaanlagen

Info

Publication number: DE69611640T2
Application number: DE69611640T
Authority: DE
Inventors: Vittorio Bassignana; Luigi Dentis; Andrea Parola; Maurizio Parrino
Original assignee: Magneti Marelli Climatizzazione SpA
Current assignee: Denso Thermal Systems SpA
Priority date: 1995-08-07
Filing date: 1996-07-24
Publication date: 2001-05-03
Anticipated expiration: 2016-07-25
Also published as: TR199600651A1; ITTO950673A1; ITTO950673A0; DE69611640D1; CN1151017A; IT1280900B1; ES2155552T3; EP0757928A1; CN1114815C; AR004504A1; EP0757928B1; BR9604065A; PL315538A1; JPH09119795A

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers, im Besonderen zum Herstellen eines Kondensators für Fahrzeugklimaanlagen.
Genauer gesagt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers, der ein Paar von parallelen Verteilern sowie eine Vielzahl von Rohren für die Fluidströmung aufweist, die zwischen den Verteilern verlaufen, wobei in jedem Verteiler eine Vielzahl von Trennwänden untergebracht ist, die das Innere des Verteilers in eine Vielzahl von Kammern teilen, die miteinander entlang der Achse des Verteilers ausgerichtet sind.
Derartige Wärmetauscher werden normalerweise als Kondensatoren in Fahrzeugklimaanlagen verwendet und sind in der Technik als "Parallelströmungs-Kondensatoren" bekannt. Die Trennwände sind in den Verteilern vorgesehen, um Kanäle zu bilden, so dass die gesamte Fluidströmung gezwungen wird, nacheinander verschiedene Anordnungen von Rohren zu durchströmen, wenn sie vom Einlass zum Auslass des Wärmetauschers fließt. Das Vorhandensein von Trennwänden in den Verteilern bedeutet, dass die Rohre, mit denen die beiden Verteiler verbunden sind, seriell in eine Anzahl von Gruppen geteilt werden, während die Rohre in jeder Gruppe parallel miteinander verbunden sind.
Ein erstes bekanntes System für die Anordnung der Trennwände in den Verteilern geht von zwei Halbschalen aus, von denen jede im Wesentlichen die Form eines Rohres besitzt, das entlang einer Ebene geschnitten ist, die durch seine Längsachse verläuft. Die Trennwände werden an vorgegebenen Stellen in einer der beiden Halbschalen angeordnet, worauf die beiden Halbschalen entlang ihrer peripheren Verbindungslinie miteinander verschweißt werden.
Der Hauptnachteil dieser Systeme besteht darin, dass für jeden Verteiler zwei getrennte Halbschalen vorgesehen werden müssen, wobei diese im Allgemeinen nicht als Normbauteile erhältlich sind. Weiters kann dieses System nur schwer automatisiert werden, wobei die Schweißnaht entlang der Verbindungslinie zwischen den beiden Halbschalen im Hinblick auf die Betriebssicherheit des Wärmetauschers kritisch ist, da sie die Gefahr eines Fluidverlustes erhöht, besonders dann, wenn im Betrieb hohe Temperaturen und Drücke auftreten.
Ein anderes bekanntes System für das Einsetzen der Trennwände in einen Verteiler geht von einem extrudierten Rohr mit kreisförmigem Querschnitt aus, wobei in die Rohrwand an jenen Stellen Einschnitte ausgebildet werden, an denen die Trennwände angeordnet werden sollen. Daraufhin werden die Trennwände in das Rohr durch diese Einschnitte eingesetzt, die anschließend zugeschweißt werden.
Das Problem bei diesem zweiten System besteht darin, dass der fertige Verteiler eine ziemlich große Anzahl von möglichen Stellen, an denen ein Fluidverlust auftreten kann, neben jenen Einschnitten besitzt, durch die die Trennwände eingesetzt werden.
Die US-Patentschrift 4,762.152 beschreibt ein System, bei dem die Trennwände von einem offenen Ende des Verteilers eingesetzt und axial verschoben werden, bis sie eine vorgegebene Stelle erreichen. Die Rohre für die Fluidströmung werden an integriert ausgebildeten Ansätzen befestigt, die von der Außenfläche des Verteilers vorspringen, wobei diese Ansätze in einem Spanvorgang oder durch eine plastische Verformung ausgebildet werden. Obwohl das System für die Befestigung der Trennwände, das in der US- Patentschrift 4,762.152 beschrieben ist, die Gefahr eines Fluidverlustes drastisch vermindert, entsteht dadurch, dass Ansätze gemeinsam mit dem Verteiler für die Befestigung der Rohre ausgebildet werden müssen, eine unannehmbare Erhöhung der Fertigungskosten.
Das Dokument FR-A-2,713.114, bei dem angenommen werden soll, dass es sich um den neuesten Stand der Technik handelt, offenbart ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung wird der Verteiler von einem genormten extrudierten oder gezogenen rohrförmigen Element gebildet, in das die Trennwände von einem offenen Ende eingesetzt werden. Die Trennwände werden dadurch an vorgegebenen Stellen angeordnet, dass sie entlang der Längsachse des rohrförmigen Elements verschoben werden. Nachdem die Trennwände angeordnet wurden, wird in der Wand des rohrförmigen Elements eine Vielzahl von Öffnungen ausgebildet, durch die die Enden der Rohre für den Umlauf des Fluids eingesetzt werden. Die Öffnungen werden dadurch ausgebildet, dass der Werkstoff des Verteilers nach innen gestaucht wird, ohne dass Späne entstehen, um Hälse auszubilden, die dazu dienen, um die Enden der Rohre zu halten und die Trennwände in axialer Richtung einzuspannen.
Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung werden eine beträchtliche Herabsetzung der Fertigungskosten des fertiggestellten Wärmetauschers sowie eine beträchtliche Verminderung jener Flächen erreicht, an denen ein Fluidverlust auftreten kann. Dadurch wird vom Verteiler weniger Fluid verschwendet, wobei der Wärmetauscher eine größere Betriebssicherheit erhält.
Obwohl die Erfindung im Besonderen für die Verwendung als Kondensator in Klimaanlagen entwickelt wurde, ist ersichtlich, dass das Verfahren gemäß der Erfindung auch für die Herstellung von Verteilern für verschiedenartige Wärmetauscher verwendet werden kann.
Weitere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden aus der nun folgenden ausführlichen Beschreibung eines nichteinschränkenden Beispiels und im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen zeigt:
Fig. 1 den vereinfachten Schrägriss, teilweise als Explosionsschrägriss, eines Wärmetauschers, der gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann;
Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung der Teilung einer Fluidströmung in einem Wärmetauscher mit Verteilern mit ausgerichteten Kammern; und
Fig. 3 bis 6 die vereinfachte Darstellung von verschiedenen Schritten bei einer bevorzugten Art des Verfahrens der Erfindung.
Nunmehr wird anfangs auf Fig. 1 Bezug genommen. Ein Wärmetauscher, der allgemein die Bezugsziffer 10 trägt, enthält beispielsweise einen Kondensator für Fahrzeugklimaanlagen, wobei er ein Paar von Verteilern 12 und 14 aufweist, die parallel zueinander angeordnet sind. Eine Vielzahl von Rohren 16 verläuft zwischen den beiden Verteilern 12, 14, wobei ihre Enden mit dem Inneren der Verteiler 12, 14 in Verbindung stehen. Die Rohre 16 sind an einem Paket von Metallrippen 18 befestigt, um zwischen dem Fluid, das in den Rohren zirkuliert, und der Luft, die über die Rippen 18 strömt, ein Netz für einen Wärmeaustausch zu bilden. Vorzugsweise besitzen die Rohre 16 einen länglichen Querschnitt, wobei sie an den Rippen 18 durch eine mechanische Aufweitung befestigt werden, das heißt dadurch, dass die Rohre mit einem Zwischenraum in ausgerichtete Öffnungen in dem Paket von Rippen 18 eingesetzt werden, wobei die mechanische Verbindung zwischen den Rohren 16 und den Rippen 18 durch eine radiale Ausdehnung der Rohre erreicht wird, die durch einen mechanische Aufweitung erfolgt.
Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass jeder Verteiler 12, 14 ein rohrförmiges Element 20 enthält, in dem eine Vielzahl von Trennwänden 22 angeordnet ist, um das Innere des rohrförmigen Elements 20 in eine Reihe von Kammern zu teilen, die miteinander entlang der Längsachse des Verteilers ausgerichtet sind.
In der vereinfachten Darstellung, die in Fig. 2 beispielhaft gezeigt ist, besitzt jeder Verteiler 12, 14 zwei Trennwände, die das Innere des rohrförmigen Elements 20 in drei Kammern teilen, die beim Verteiler 12 mit den Bezugszeichen 24a, 24b sowie 24c und beim Verteiler 14 mit den Bezugszeichen 26a, 26b sowie 26c bezeichnet sind. Die Trennwände 22 teilen die Rohre 16 in Gruppen, die mit den Bezugszeichen 16a, 16b, 16c, 16d und 16e versehen sind und im Hinblick auf die Umlaufrichtung des Fluids miteinander in Serie liegen. Andererseits sind die Rohre in jeder Gruppe parallel miteinander verbunden. Die Anzahl der Rohre nimmt in jeder Gruppe zur nächsten Gruppe in der Strömungsrichtung des Fluids ab, da das Fluid bei einem Kondensator als Dampf eintritt und den Kondensator im flüssigen Zustand verlässt, wobei es beim Ändern seines Zustands sein Volumen beträchtlich verkleinert.
Nunmehr wird im Zusammenhang mit Fig. 3 bis 6 die Reihenfolge beschrieben, in der die Verteiler 12, 14 zusammengebaut werden. Anfangs wird auf Fig. 3 Bezug genommen. Die Herstellung eines Verteilers beginnt damit, dass eine vorgegebene Länge eines rohrförmigen Elements 20 von einem im Handel erhältlichen Strangpressprofil abgeschnitten wird. Das rohrförmige Element 20 besteht üblicherweise aus Aluminium und kann beispielsweise einen Durchmesser von 20 mm und eine Wandstärke von 1,5 mm aufweisen. Selbstverständlich können sich die Abmessungen des rohrförmigen Elements 20 in Übereinstimmung mit dessen Verwendungszweck ändern. Fig. 3 zeigt, wie die Trennwände 22 in das rohrförmige Element 20 von einem der offenen Enden 28 eingesetzt und entlang der Längsachse 30 in Pfeilrichtung 32 verschoben werden, bis sie eine vorgegebene Axialstellung erreichen.
Jede Trennwand 22 kann einen im Wesentlichen C-förmigen Querschnitt besitzen, wie dies Fig. 3 zeigt, oder aus einer massiven Scheibe bestehen. Wenn sie einen C-förmigen Querschnitt besitzt, bildet die Wand 34 der Trennwand 22 eine Führung, wenn sie in Richtung der Längsachse 30 ausreichend lang ausgebildet ist, um ein Verklemmen während des Verschiebens zu verhindern. Durch den C-förmigen Querschnitt kann ein dünnes Blech (beispielsweise 1 mm dick) für die Trennwand verwendet werden. Wenn es sich bei der Trennwand 22 um eine massive Scheibe handelt, muss sie dicker sein (beispielsweise 3-4 mm), um eine Auflagefläche am Umfang zu liefern, die ausreichend dick ist.
Jede Trennwand 22 besitzt eine Wand 34, die mit dem Durchmesser der Innenfläche 36 des rohrförmigen Elements 20 enge Toleranzen besitzt, wobei die Trennwand 22 entlang der Achse 30 mit einer Stange 38 solange gedrückt wird, bis sie ihre Endstellung erreicht. Selbstverständlich werden jene Trennwände, die vom offenen Ende 28 am weitesten entfernt liegen, zuerst eingesetzt.
Nachdem alle Trennwände 22 im rohrförmigen Element 20 angeordnet sind, wird die Wand des Rohrs mit einer Reihe von Einschnitten versehen, um Öffnungen für den Anschluss der Enden der Rohre 16 auszubilden. Fig. 4 zeigt vereinfacht jenen Schritt, bei dem die Einschnitte ausgebildet werden. Das rohrförmige Element 20 wird von einem geeigneten Werkzeug ortsfest gehalten, das mit einer Reihe von Spanwerkzeugen 40 versehen ist, die senkrecht zur Längsachse 30 des rohrförmigen Elements 20 vorgeschoben werden können. Die Werkzeuge 40 bilden die Einschnitte aus und stauchen das Material in das Innere des Rohres, ohne dass Späne oder Schleifschlamm erzeugt werden. Dies ist besonders wichtig, da dadurch, dass die Trennwände 22 vorhanden sind, die Späne nicht mehr entfernt werden können. Um ein Eindrücken des Rohres zu verhindern, können die Öffnungen 42 in zwei oder mehreren Schritten ausgebildet werden. Beispielsweise können alle geradzahligen Öffnungen in einem ersten Schritt durch das Vorschieben der entsprechenden Werkzeuge 40 und dann die ungeradzahligen Öffnungen durch das Vorschieben der restlichen Werkzeuge ausgebildet werden. Die Werkzeuge 40 stauchen die Ränder des Blechs nach innen, um Hälse 43 (Fig. 5) auszubilden, die so geformt und bemessen sind, dass sie die Endteile der Rohre 16 aufnehmen.
Fig. 5 zeigt das rohrförmige Element 20 am Ende jenes Schritts, bei dem die Einschnitte 42 hergestellt werden. Es ist ersichtlich, dass jede Trennwand 22 im Raum zwischen zwei benachbarten Öffnungen 42 untergebracht ist, wobei sie durch das gestauchte Material, das die Hälse 43 bildet, an einer Axialbewegung im rohrförmigen Element 20 gehindert wird.
Wie Fig. 6 zeigt, werden bei den nachfolgenden Schritten die Enden der Rohre 16 in die Öffnungen 42 eingesetzt und am Umfang der Einschnitte 42 schweißgelötet, um die Rohre 16 mit dem rohrförmigen Element 20 fest zu verbinden.
Schließlich werden an einem Ende des rohrförmigen Elements 20 ein Einlass/Auslass-Verbindungsstück angebracht und das gegenüberliegende Ende auf bekannte Weise abgedichtet, um den Verteiler fertig zu stellen. Andererseits können das Einlass- und das Auslassverbindungsstück, für das Fluid auch in der Wand des Verteilers ausgebildet werden, wobei in diesem Fall beide Enden des Verteilers abgedichtet werden.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers, im Besonderen zum Herstellen eines Kondensators für Fahrzeugklimaanlagen, wobei der Wärmetauscher (10) ein Paar von parallelen Verteilern (12, 14) sowie eine Vielzahl von Rohren (16) für die Fluidströmung aufweist, die zwischen den Verteilern (12, 14) verlaufen, wobei jeder Verteiler (12, 14) ein rohrförmiges Element (20) sowie eine Vielzahl von Trennwänden (22) enthält, die das Innere des rohrförmigen Elements (20) in eine Vielzahl von Kammern (24a, 24b, 24c; 26a, 26b, 26c) teilen, die miteinander entlang der Achse des Verteilers (12, 14) ausgerichtet sind, wobei die Trennwände (22) von einem offenen Ende (28) des rohrförmigen Elements (20) eingesetzt und dadurch an vorgegebenen Stellen angeordnet werden, dass sie entlang der Längsachse (30) des rohrförmigen Elements (20) verschoben werden, wobei nach dem Einsetzen der Trennwände (22) in der Wand des rohrförmigen Elements (20) eine Vielzahl von Öffnungen (42) mit gestauchten Rändern ausgebildet wird, die Hälse bilden, worauf Endteile der Rohre (16) für die Fluidströmung in die entsprechenden Öffnungen (42) eingesetzt werden, wobei die Endteile mit dem Verteiler verschweißt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die gestauchten Ränder, die die Hälse bilden, so ausgebildet sind, dass sie die Trennwände in Längsrichtung in ihrer Stellung einspannen.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwänden (22) mit engen Toleranzen gefertigt sind, so dass sie dem Innendurchmesser (36) des rohrförmigen Elements (20) angepasst sind.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (42) mit Werkzeugen ausgebildet werden, die Spanwerkzeuge (40) besitzen, die senkrecht zur Längsachse des rohrförmigen Elements (20) bewegbar sind, um die Einschnitte auszubilden und den Werkstoff zu stauchen, ohne dass Späne erzeugt werden.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (42) in zumindest zwei Gruppen geteilt sind, die in aufeinanderfolgenden Schritten ausgebildet werden.