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Die Erfindung betrifft Wärmetauscher,
insbesondere für
ein Kraftfahrzeug, und insbesondere solche aus gelötetem oder
geschweißten
Aluminium, von der An mit einem Fluidkasten, der mit einem peripheren
Absatz versehen ist und durch Falzen unter Einsetzen einer Dichtung
an einer mit einem peripheren Rand versehenen Sammelplatte befestigt
wird.
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Bei bestimmten bekannten Wärmetauschern von
im Großen
und Ganzen rechteckiger Form begrenzt der periphere Rand eine periphere
Vertiefung von im Großen
und Ganzen U-Form, die zumindest teilweise den peripheren Absatz
und die Dichtung aufnehmen soll, wobei dieser periphere Rand an
einem Endteil eine zinnenartige Längenmodulation aufweist, die
Falzlaschen bildet, die an einer Oberseite des peripheren Absatzes
zur Anlage kommen sollen, um ihn relativ zur Sammelplatte zu fixieren.
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Derartige Falzlaschen erstrecken
sich insbesondere auf den Längsseiten
(Länge)
des Wärmetauschers.
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Bei dieser Art von Wärmetauscher
ist der periphere Absatz des Fluidkastens aus Gründen der Widerstandsfähigkeit
gegen mechanische Beanspruchungen und des Drucks sehr viel dicker
als die Wand, die den Kasten begrenzt. Das Dokument FR-A-2 547 403
beschreibt einen derartigen Wärmetauscher.
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Je dicker der Absatz ist, um so tiefer
muss aber die periphere Vertiefung sein und um so größer ist
damit der Abstand, der den Boden der Vertiefung von den Falzlaschen
trennt. Dies hat zur Folge, dass eine starke Hebelwirkung erzeugt
wird, der das Biegen des peripheren Randes und der Falzlaschen unter
der Wirkung hoher Drücke
begünstigt
und keinen konstanten Druck der Falzlaschen auf die Auflagefläche des
peripheren Absatzes des Fluidkastens gestattet.
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Dies kann lokale Leckagen auf Höhe der Dichtung
bewirken und manchmal eine Ablösung
der Sammelplatte durch Biegung ihrer Ränder und damit einen Druckverlust
der Dichtung, der ein noch erheblicheres Lecken zur Folge haben.
Das Dokument FR-A-2 422 921 beschreibt einen Wasserkasten bei dem
die Falzlaschen zum Inneren des Wärmetauschers senkrecht zu seiner
Längsseite
umgebogen sind.
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Diese Effekte sind moch ausgeprägter bei aktuellen
Wärmetauschern,
die eine Sammelplatte und Rohre umfassen, die aus Aluminium oder
einer Legierung aus Aluminium und Mangan (hauptsächlich aus Gründen der
Duktilität,
der Kosten und des Gewichts) umfassen, denn diese Art von Legierung besitzt
keine guten mechanischen Eigenschaften.
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Alle von Fachleuten vorgeschlagenen
Lösungen
für die
Lösung
dieses Problems erfordern die Verwendung von metallischen Verstärkungsteilen, die
häufig
kompliziert herzustellen sind. Demzufolge existiert gegenwärtig keine
Lösung,
die es gestattet, das zuvor angesprochene Problem einfach und bei geringeren
Fertigungskosten zu lösen.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht
daher darin, einen Wärmetauscher
bereitzustellen, der keinen oder nur einen Teil der Nachteile des
Wärmetauschers
des Standes der Technik aufweist.
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Die Erfindung schlägt hierzu
einen Wärmetauscher
nach Anspruch 1 vor.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der
Erfindung ist der Abstand zwischen zwei benachbarten dicken Bereichen
hinsichtlich eines oberen Wertes zumindest gleich der Summe der
Längsausdehnung
einer Falzlasche und eines positiven oder Null betragenden Vielfachen
der Längsausdehnung
eines Klemmfußes
und des Zwischenraums, der zwei benachbarte Falzlaschen trennt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist der Abstand zwischen zwei benachbarten dicken
Bereichen hinsichtlich eines oberen Wertes gleich der Längsausdehnung
einer Falzlasche und die Längsausdehnung
eines dicken Bereichs hinsichtlich eines unteren Wertes gleich der
Längsausdehnung
einer Falzlasche.
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Bei der folgenden Beschreibung eines
Beispiels wird auf die folgenden beigefügten Zeichnungen Bezug genommen:
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1A und 1B veranschaulichen in einer Dreiviertelansicht
einen oberen oder unteren Teil eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers
für eine bevorzugte
Ausführungsform
vor beziehungsweise nach dem Zusammenbau; und
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2 ist
ein Querschnitt längs
der Achse II-II des in 1B dargestellten
Wärmetauschers.
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In 1A sind
ein Teil eines Fluidkastens 1, im Allgemeinen aus einem
geformten starren Kunststoff, und ein entsprechender Teil einer
metallischen Sammelplatte 2 beispielsweise eines oberen
Teils eines Wärmetauschers
dargestellt.
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In der folgenden Beschreibung wird
angenommen, dass das in dem Wärmetauscher
zirkulierende Fluid Wasser ist. Folglich wird der Fluidkasten Wasserkasten
genannt. Aber es ist klar, dass die Erfindung ebenso Wärmetauscher
betrifft, die zum Beispiel mit Öl
oder einem Gas funktionieren.
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Der Wasserkasten 1 umfasst
eine geformte Wand 3, die dazu bestimmt ist, das Wasser
aufzunehmen und an ihrer Peripherie einen peripheren Absatz 4 umfasst,
der einen Wulst bildet und eine Auflageoberseite 5, eine
Innenseite 6, eine Außenseite 7 und
einer Unterseite 8 umfasst.
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In der ganzen Beschreibung sind die
Angaben zur Orientierung der Elemente relativ zu 1 angegeben. Es versteht sich, dass die
Umkehrung des Wasserkastens der 1 und 2 ein für unten geeignetes Element
in einer für
oben geeignete Position platzieren würde.
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Die Sammelplatte 2 umfasst
einen mittleren Teil 9, der mit Öffnungen 10 versehen
ist, die den Durchtritt der Enden von Rohren 11 (siehe 2) gestatten, und auf der
ganzen Peripherie dieses mittleren Teils einen vor dem Zusammenbau
des Wärmetauschers
durch Falzen geformten peripheren Rand 12.
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Die Rohre 11 bilden ein
Rohrbündel
und werden im Allgemeinen aus Aluminium oder einer ausreichend duktilen,
Aluminium umfassenden Legierung hergestellt. Die Sammelplatte wird
vorzugsweise aus einer Legierung aus Aluminium und Mangan hergestellt,
die zu der sogenannten Reihe "3000" gehört.
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Der periphere Rand 12 begrenzt
einen Innenseite 13, einen Boden 14 und eine Außenseite 15 einer
peripheren Vertiefung 16 von im Großen und Ganzen U-Form, die dafür ausgelegt
ist, den peripheren Absatz 4 unter Einsetzung einer Dichtung 17 aufzunehmen,
die aus einem verformbaren und wasserdichten Material, beispielsweise
einem Elastomer, hergestellt ist.
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Die Außenseite 15 des peripheren
Rands weist an einem Endteil eine zinnenartige Längenmodulation auf, die Falzlaschen 18 bildet.
Die Falzlaschen sind vorzugsweise regelmäßig voneinander durch einen
Abstand D (in Längsrichtung)
beabstandet, wobei jede Lasche zudem eine Längsausdehnung L1 aufweist.
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Diese Falzlaschen, die vorgeschnitten
sind, sollen an der Auflageoberseite 5 des peripheren Absatzes 4 zur
Auflage zu kommen, um sie relativ zu der Sammelplatte 2 unter
Einsetzung einer Dichtung 17 zu fixieren. Diese letztere
befindet sich somit in der peripheren Vertiefung 16 zwischen
der Außenseite 15 und
dem Boden 14 des peripheren Randes 12 und der
Unterseite 8 des peripheren Absatzes 4.
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Diese Dichtung kann natürlich andere
Formen annehmen und folglich kann sie Kontakt mit anderen Seiten
haben.
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Der periphere Absatz 4 des
Wasserkastens, der vorzugsweise durch Formung eines verstärkten Kunststoffs
hergestellt wird, weist auf Höhe
seiner Oberseite 5 eine Dickemodulation auf, die einen Wechsel
von dicken Bereichen 19 und dünnen Bereichen 20 bildet.
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Unter einem dicken Bereich versteht
man einen Bereich des peripheren Absatzes, der eine Dicke aufweist,
die identisch oder geringfügig
kleiner als diejenige ist, die die peripheren Absätze der
Wasserkästen
des Standes der Technik aufweisen. Die so genannten dünnen Bereiche
sind folglich diejenigen, die eine Dicke aufweisen, die merklich
kleiner als diejenige der dicken Bereiche ist.
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Die Anmelderin hat erkannt, dass überraschender
Weise ein Absatz mit einer derartigen Dickenmodulation mechanische
Eigenschaften besitzen würde,
die im Wesentlichen identisch zu denjenigen der Absätze des
Standes der Technik sind und auf alle Fälle ausreichen, um die unterschiedlichen Belastungen
beim Betrieb und bei der Montage auszuhalten.
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Die von dem peripheren Rand 12 begrenzte periphere
Vertiefung 16 ist somit deutlich weniger tief als bei den
bekannten Wärmetauschern,
wodurch die Länge
des Hebelarms der Falzlaschen 18 im gleichen Maße reduziert
wird. Die auf die Falzlaschen des vorgeschlagenen Wärmetauschers
ausgeübten Beanspruchungen
sind folglich sehr viel weniger stark als diejenigen, die bei einem
Wärmetauscher des
Standes der Technik vorkämen.
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Wenn der Wasserkasten durch Formen
hergestellt wird, ist zudem die Menge des zu seiner Herstellung
erforderlichen Materials merklich geringer als zuvor, wodurch die
Fertigungskosten gesenkt werden und zu einem geringeren Gewicht
des Wärmetauschers
beigetragen wird.
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Schließlich gestattet das Vorhandensein
von dicken Bereichen 19 auf der Auflageoberseite 5 des peripheren
Absatzes eine Förderung
des Materialflusses bei der Formung.
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Der Abstand, der zwei benachbarte
dicke Bereiche 19 trennt (oder die Längsausdehnung eines dünnen Bereichs 20)
ist vorzugsweise hinsichtlich eines unteren Wertes gleich der Längsausdehnung
L1 einer Falzlasche 18 und die Längsausdehnung L2 eines dicken
Bereichs 19 (oder der zwei dünne Zonen 20 trennende
Abstand) ist hinsichtlich eines oberen Wertes gleich dem Abstand
D zwischen zwei benachbarten Falzlaschen 18.
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Zudem ist die jeweilige Positionierung
der Bereiche und der Falzlaschen so vorgesehen, dass sich jede Falzlasche
nach dem Umbiegen zwischen zwei benachbarte dicke Bereich 19 einfügt und an dem
dünnen
Bereich 20 anliegt, dem sie gegenüber liegt.
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Das Umbiegen der Laschen erfolgt
nach der Befestigung der Metallteile (Sammelplatte 2 und Rohre 11),
zum Beispiel durch Verlöten
in einem Ofen, und dann der Positionierung der Dichtungen 17 und
des peripheren Absatzes 4 des Wasserkastens in der peripheren
Vertiefung 16. Es erfolgt nach Innen um eine Achse X-X,
die im Wesentlichen parallel zu einer Längsseite des Wärmetauschers
ist, bis die Falzlaschen 18 die Oberseite 5 des
peripheren Absatzes 4 jedes Wasserkastens gegen den peripheren Rand 12 der
Sammelplatte 2 drücken,
wodurch die Dichtungen 17 dann zusammengedrückt werden, während gleichzeitig
der periphere Absatz 4 im Inneren der peripheren Vertiefung 16 fixiert
wird.
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Die Intensität der Zusammendrückens kann durch
Verschieben der Position der Biegeachse X-X angepasst werden.
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Um eine gute Verteilung des Drucks
auf die Gesamtheit der Dichtungen zu erhalten, wird es vorgezogen,
eine Verteilung der Falzlaschen über
die ganze Länge
der Längsseiten
des Wärmetauschers vorzusehen.
Wenn hohe Drücke
in dem Wärmetauscher
vorgesehen sind, kann es natürlich
ebenso von Nutzen sein, Falzlaschen auf den Querseiten vorzusehen.
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Die Erfindung ist nicht auf die zwei
zuvor beschriebenen Ausführungsarten
beschränkt,
sondern umfasst alle Varianten, die ein Fachmann im Rahmen der nachfolgenden
Ansprüche
entwickeln kann.
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Man kann daher ins Auge fassen, weniger
dicke Bereiche vorzusehen, als es freie Räume zwischen Falzlaschen gibt.
Hierzu genügt
es, dass der Abstand zwischen zwei benachbarten dicken Bereichen
hinsichtlich eines oberen Wertes zumindest gleich der Summe der
Längsausdehnung
L1 einer Falzlasche und eines Vielfachen der Längsausdehnung L1 einer Falzlasche
und des zwei benachbarte Falzlaschen trennenden Zwischenraums D
ist.
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Ebenso kann man Falzlaschen vorsehen,
die eine Ausdehnung in Längsrichtung
aufweisen, die von derjenigen der dünnen Bereiche verschieden ist (größer oder
kleiner).
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Zudem wurde eine Dickenmodulation
beschrieben, die direkt bei dem Schritt der Formung des Wasserkastens
erhalten wurde, aber es versteht sich, dass sie auch durch einen
Zuschnitt erhalten werden kann.