DE69629082T2

DE69629082T2 - Befestigungsvorrichtung für einen Hochtemperatur-Wärmetauscher

Info

Publication number: DE69629082T2
Application number: DE69629082T
Authority: DE
Inventors: Jean-Louis Laveran
Original assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Current assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Priority date: 1995-10-06
Filing date: 1996-10-04
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2016-10-05
Also published as: EP0767298A1; FR2739598A1; DE69629082D1; FR2739598B1; US5785115A; EP0767298B1

Description

Die Erfindung betrifft die Befestigung eines Wärmetauschers, der von einem Fluid mit einer erhöhten Temperatur durchlaufen werden soll, an einem fest mit einem Rahmen und/oder der Karosserie eines Fahrzeugs verbunden Träger.
Die bekannten Befestigungsvorrichtungen bewirken im Allgemeinen die Fixierung der jeweiligen Kontaktflächen des Wärmetauschers und des Trägers relativ zueinander in allen Befestigungsbereichen. Bei Wärmeausdehnungen des Wärmetauschers im Betrieb ergeben sich daraus mechanische Spannungen, die sich in dauerhaften Verformungen oder Rissen von Teilen oder Schweißungen äußern können.
Die EP-A-0 440 400 beschreibt ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die US-A-4 355 780 beschreibt eine Vorrichiung zur Befestigung eines Wärmetauschers, der von einem Fluid mit einer erhöhten Temperatur durchlaufen werden soll, an einem Träger, bei dem die Kontaktflächen jedes Gleitbereichs sich relativ zueinander frei verschieben können.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Wärmetauscher wirksam zu befestigen, während gleichzeitig seine Wärmeausdehnung ohne mechanische Spannungen absorbiert wird.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, und eine Baugruppe nach Anspruch 12.
Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung ausführlicher erläutert, die Bezug auf die folgenden beigefügten Zeichnungen nimmt:
1 ist eine Aufrissansicht eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers; und
die 2 und 3 sind Teilschnittansichten einer Befestigungsvorrichtung für den Wärmetauscher der 1 entlang der Linie II-II der 3 und entlang der Linie III-III der 1, die auf einen Gleitbereich beschränkt sind.
Die 1 gibt einen Kühler für Ladeluft für den Verbrennungskraftmotor eines Kraftfahrzeugs wieder, der auf herkömmliche Weise einen Fluideintrittskasten 1, einen Fluidaustrittskasten 2 und ein Rohrbündel 3 umfasst. Die zwei Fluidkästen sind in der gleichen, in der Figur vertikalen Richtung länglich und gehen an ihrem oberen Ende jeweils in ein Eintrittsrohr 4 und ein Austrittsrohr 5 für zu kühlende Luft über. Das Bündel 3, das im Großen und Ganzen eine parallelepipedische, rechteckige Form besitzt, erstreckt sich von dem einen zu dem anderen der Fluidkästen und umfasst eine Vielzahl nicht individuell dargestellter Rohre, die in horizontaler Richtung länglich und wechselweise in der Figur von oben nach unten ausgerichtet sind, wobei die zwei Enden jedes Rohrs jeweils in die zwei Fluidkästen münden. Zu kühlende Luft kann somit von dem Fluidkasten 1 zu dem Fluidkasten 2 übergehen, wobei sie parallel in den verschiedenen Rohren des Bündels 3 zirkuliert, wo sie durch einen Luftstrom gekühlt wird, der diese senkrecht zu der Ebene der Figur durchquert.
Jeder der Fluidkästen weist zwei für den Fluidkasten 1 mit 6 und 7 und für den Fluidkasten 2 mit 8 und 9 bezeichnete Befestigungsfüße auf. Diese Füße werden beispielsweise mit den Fluidkästen in einem Stückaus eine Aluminiumlegierung geformt, so dass sie sich entlang der Mittelebene des Wärmetauschers parallel zu der Ebene der 1 erstrecken, wobei sie relativ zu der Wand 10 (2) jedes Fluidkastens gegenüber dem anderen Fluidkasten vorspringen. Die Füße 6 und 8 sind zu den den Rohren 4 und 5 gegenüberliegenden Enden der Fluidkästen benachbart und die Füße 7 und 9 sind von den Füßen 6 und 8 in Richtung dieser Rohre beabstandet.
Erfindungsgemäß werden der Fuß 6 des Fluidkastens 1 und die Füße 8 und 9 des Fluidkastens 2 von entsprechenden länglichen Löchern 11, 12 und 13 durchquert. Das Loch 11 ist in Längsrichtung der Fluidkästen länglich und die Löcher 12 und 13 sind in Längsrichtung der Rohre des Bündels 3 länglich. Der Fuß 7 wird seinerseits von einem kreisförmigen Loch 14 durchquert, das sich gleichzeitig auf einer Linie mit dem Loch 11 und dem Loch 13 befindet.
Wie die 2 und 3 exemplarisch für den Fuß 9 zeigen, ist jeder der Füße 6 bis 9 dazu bestimmt, für die Befestigung des Wärmetauschers an einem mit dem Rahmen oder der Karosserie des Fahrzeugs fest verbundenen Fuß 15 angebracht zu werden. Diese Befestigung erfolgt mittels eines Schraubenbolzens 16, dessen Schaft das Loch 13 durchquert und der zwischen seinem Kopf 17 und seiner Mutter 18 einen Stapel einspannt, der eine Stahlscheibe 19, eine erste Einlegescheibe 20, den Fuß 9, eine zweite Einlegescheibe 21, den Fuß 15 und eine federnde Mutterunterlegscheibe 22 in dieser Reihenfolge umfasst. Jede der Einlegescheiben 20 und 21 weist eine Ringform und einen L-förmigen Querschnitt mit einem äußeren Schenkel 23, der zwischen der Scheibe 19 oder dem Fuß 15 und der gegenüberliegenden Fläche 24, 25 des Fußes eingespannt ist, und einem unteren Schenkel 26, der im Wesentlichen an die Wand des Lochs 13 angrenzt, auf. Die Einlegescheiben 20 und 21 sind zum Beispiel aus einer gesinterten, mit Öl durchtränkten Legierung hergestellt, um einen geringen Reibungskoeffizienten und eine gute Kompressionsbeständigkeit aufzuweisen. Der Fuß 7 kann auf herkömmliche Weise mittels seines kreisförmigen Lochs 14 befestigt werden.
Wenn die verschiedenen Teile des Wärmetauschers im thermischen Gleichgewicht sind, sorgt der Schraubbolzen 16 für die wechselseitige Fixierung aller Elemente, die er durchquert, und insbesondere der Füße 9 und 15. Die Füße 6 und 8 sind auf die gleiche Weise und der Fuß 7 auf herkömmliche Weise relativ zum Rahmen des Fahrzeugs fixiert, wodurch eine stabile Befestigung des Wärmetauschers sichergestellt wird.
Start und Stop des Motorbetriebs und die Drehzahländerungen bewirken eine unterschiedliche Ausdehnung verschiedener Teile des Wärmetauschers. Der Fluidkasten 1, durch den die zu kühlende Luft einritt, kann zum Beispiel 180°C und der Fluidkasten 2, durch den die gekühlte Luft austritt, 75°C annehmen. Dies bedingt eine erhebliche Änderung einerseits der Länge des Fluidkastens 1 und andererseits des Abstands zwischen den zwei Fluidkästen relativ zum Ruhezustand bei Umgebungstemperatur. Der Fuß 6 neigt daher dazu, sich von dem Fuß 7 zu entfernen, und die Füße 8 und 9 neigen dazu sich entsprechend von den Füßen 6 und 7 zu entfernen. Diese Bewegungen werden durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zugelassen, wobei der Fuß 9 zum Beispiel gemeinsame mit den Einlegescheiben 20 und 21 relativ zu der Scheibe 19 und zur Kontaktfläche 27 des Fußes 15 gleiten kann, die mit dem Schraubbolzen fest verbunden sind, wobei dessen Schaft sich längs des Lochs 13 verschiebt.
Da die Temperaturschwankungen für den Fluidkasten 2 weniger erheblich sind als für den Fluidkasten 1, ist es nicht notwendig, eine Gleitmöglichkeit der Füße 8 und 9 in der Längsrichtung der Fluidkästen vorzusehen.

Claims

Verfahren, um an einem fest mit einem Rahmen und/oder der Karosserie eines Fahrzeugs verbunden Träger (15) einen Wärmetauscher (1–3) zu befestigen, der von einem Fluid mit erhöhter Temperatur durchläufen werden soll, insbesondere einem Kühler zur Kühlung der Ladeluft des Wärmekraftmotors des Fahrzeugs, wobei das Verfahren das Befestigungsmittel einsetzt, die auf zumindest einem ersten, zweiten und dritten Befestigungsbereich (6, 9, 7) verteilt sind, wobei der erste und zweite Bereich vom dritten Bereich in jeweils unterschiedlichen Richtungen entfernt sind, wobei die Befestigungsmittel in jedem der Bereiche zumindest eine dem Träger (15) angehörende Kontaktfläche (27), zumindest eine dem Wärmetauscher angehörende Kontaktfläche (25) und ein Festspannorgan (16) umfassen, das geeignet ist die Kontaktflächen unter Einsetzung eventuell eines Einlegeelements (21) zueinander zu bringen, wobei die Befestigungsmittel geeignet sind, in jedem der ersten und zweiten Bereiche eine Relativbewegung der Kontaktflächen des Trägers und des Wärmetauschers in einer vorbestimmten Richtung zu gestatten, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel jede Relativbewegung der Kontaktflächen in dem dritten Bereich unterbinden, wobei die Richtung der Relativbewegung in dem ersten und zweiten Bereich im Wesentlichen mit der Richtung der Entfernung dieses Bereichs relativ zum dritten Bereich zusammenfällt, und dass die Festspannmittel des ersten und zweiten Bereichs so festgespannt werden, dass sie eine gleitende Relativbewegung der entsprechenden Kontaktflächen des Trägers und des Wärmetauschers bei der Wärmeausdehnung des Wärmetauschers gestattet, während sie für ihre wechselseitige Fixierung sorgen, wenn dieser im thermischen Gleichgewicht ist.
Verfahren nach Anspruch 1 zur Befestigung eines Wärmetauschers mit zumindest einem ersten, länglichen Fluidkasten (1), durch den das Fluid in den Wärmetauscher ein- und/oder daraus austritt, der mit zumindest eine Reihe (3) von Rohren zur Fluidzirkulation in Verbindung steht, die in der Längsrichtung des Fluidkastens ausgerichtet und quer zu diesem länglich sind, bei dem der erste und dritte Befestigungsbereich (6, 7) in der Nachbarschaft des ersten Fluidkastens liegen, wobei die Richtung der Relativbewegung des ersten Bereichs die Längsrichtung des ersten Fluidkastens ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2 für die Befestigung eines ärmetauschers mit ersten und zweiten, länglichen und parallelen Fluidkästen (1, 2) durch die das Fluid in den Wärmetauscher ein- und daraus austritt, die untereinander durch zumindest eine Reihe (3) von Rohren zur Fluidzirkulation verbunden sind, die in der Längsrichtung der Fluidkästen ausgerichtet und quer zu diesem länglich sind, bei der der zweite und dritte Befestigungsbereich (9, 7) in der Nachbarschaft des zweiten beziehungsweise ersten Fluidkastens liegen, wobei die Richtung der Relativbewegung des zweiten Bereichs die Längsrichtung der Rohre ist.
Verfahren nach Anspruch 3 in Verbindung mit Anspruch 2, für die Befestigung eines Wärmetauschers, der ein Fluid kühlen soll, das in ihn mit einer erhöhten Temperatur durch den Fluidkasten (1) eindringt und daraus mit einer wesentlich niedrigeren durch den zweiten Fluidkasten (2) austritt, mit einem vierten Befestigungsbereich (8), der in der Nachbarschaft des zweiten Fluidkastens liegt und in dessen Längsrichtung von dem zweiten Befestigungsbereich (9) entfernt ist, wobei eine Relativbewegung der Kontaktflächen des vierten Bereichs in der Längsrichtung der Rohre zugelassen ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das der erste und vierte Befestigungsbereich wechselseitig im Wesentlichen in der Längsrichtung der Rohre ausgerichtet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem der ersten, zweiten und gegebenenfalls vierten Befestigungsbereiche einen von der Wand (10) des entsprechenden Fluidkastens vorspringen Fuß (9) vorsieht, von dessen eine Seite (25) eine Kontaktfläche des Wärmetauschers begrenzt und in dem eine Öffnung (13) ausgebildet ist, die von einem relativ zum Träger (15) festen Festspannorgan wie beispielsweise einem Schraubenbolzen (16) durchquert wird, wobei die Öffnung in der Bewegungsrichtung länglich ist, um es dem Festspannorgan zu gestatten, sich relativ zu dem Fuß (9) zu bewegen.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Festspannorgan für das Festklemmen eines Stapels sorgt, der in dieser Reihenfolge einen mit dem Träger fest verbundenen Befestigungsfuß (15), ein erstes Einlegeelement (21) in Form einer Scheibe, den Fuß (9) des Fluidkastens und ein zweites Einlegeelement (20) in Form einer Scheibe umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Einlegescheibe (20, 21) in Richtung des Stapels nebenenander liegend einen Außenbereich (23) mit einer Breite, die größer als die Breite der länglichen Öffnung ist, der an der entsprechenden Seite (24, 25) des Fußes des Fluidkastens anliegt, und einen Innenbereich (26) mit einer Breite umfasst, die geringfügig geringer als die Breite des Öffnung (13) ist, der in die Öffnung eindringt und für die Führung des Festspannorgans längs dieser sorgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem dritten Befestigungsbereich eine auf der Wand der entsprechenden Fluidkastens (1) vorspringender Fuß (7) vorgesehen ist, dessen eine Seite eine Kontaktfläche des Wärmetauschers begrenzt und in der eine kreisförmige Öffnung (14) ausgebildet ist, die von einem Festspannorgan, wie beispielsweise einem Schraubenbolzen, durchquert wird, um den Fuß relativ zum Träger zu fixieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Füße sich in einer gemeinsamen Mittelebene des Wärmetauschers erstrecken, die parallel zu den Längsrichtungen der Fluidkästen und der Rohre und im Wesentlichen senkrecht zu den Wänden der Fluidkästen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlegeelemente (20, 21) aus einem Material mit geringem Reibkoeffizient und guter Kompressionsbeständigkeit bestehen.
Baugruppe, wie sie durch das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche erhalten werden kann, mit einem Wärmetauscher (1–3), der von einem Fluid mit erhöhter Temperatur durchlaufen werden soll, und einem Träger (15), um den Wärmetauscher an dem Chassis und/oder der Karosserie eines Fahrzeugs aufzunehmen, wobei diese Baugruppe mit Befestigungsmitteln für den Wärmetauscher an dem Träger versehen sind, die auf zumindest einem ersten, zweiten und dritten Befestigungsbereich (6, 9, 7) verteilt sind, wobei der erste und zweite Bereich vom dritten Bereich in jeweils unterschiedlichen Richtungen entfernt sind, wobei die Befestigungsmittel in jedem der Bereiche zumindest eine dem Träger (15) angehörende Kontaktfläche (27), zumindest eine dem Wärmetauscher angehörende Kontaktfläche (25) und ein Festspannorgan (16) umfassen, das geeignet ist die Kontaktflächen unter Einsetzung eventuell eines Einlegeelements (21) zueinander zu bringen, wobei die Befestigungsmittel geeignet sind, in jedem der ersten und zweiten Bereiche eine Relativbewegung der Kontaktflächen des Trägers und des Wärmetauschers in einer vorbestimmten Richtung zu gestatten, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel jede Relativbewegung der Kontaktflächen in dem dritten Bereich unterbinden, wobei die Richtung der Relativbewegung in dem ersten und zweiten Bereich im Wesentlichen mit der Richtung der Entfernung dieses Bereichs relativ zum dritten Bereich zusammenfällt, und dass die Festspannmittel des ersten und zweiten Bereichs so festgespannt werden, dass sie eine gleitende Relativbewegung der entsprechenden Kontaktflächen des Trägers und des Wärmetauschers bei der Wärmeausdehnung des Wärmetauschers gestattet, während sie für ihre wechselseitige Fixierung sorgen, wenn dieser im thermischen Gleichgewicht ist.