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Die Erfindung betrifft die Wärmetauschertechnologie
in Kraftfahrzeugen.
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Die Erfindung findet Anwendung in
den verschiedenen, in Kraftfahrzeug zu findenden Wärmetauschertypen,
sei es im Wärmetauscher
der Innenraumheizung, im Kühler
der Motorkühlung,
im Kondensator der Klimaanlage oder auch im Verdampfer eines Klimaanlagenkreislaufs.
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Diese Tauscher bestehen aus einem
Netz von Röhren
mit Rippen oder Lamellen, welche den thermischen Austausch mit der
Umgebung vollziehen. Die Röhren
des Netzes sind beidseitig mit Abschlussblöcken verbunden, die die Fluidfließrichtung in
den diversen Röhren
definieren und es erlauben, ein Fluid in den Tauscher einzuleiten
und zu entnehmen.
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Jeder der Abschlussblöcke enthält eine
metallische Sammel- bzw. Sammlerplatte oder „Lochplatte" in der die Röhren des
Netzes münden,
welche mit der Platte z. B. durch Verlöten oder Verschweißen an der
Stelle ihrer Mündung
verbunden sind. Diese Platte, die im allgemeinen als „Sammler" bezeichnet wird,
ist mit einem Deckel oder „Fluidgehäuse" abgedeckt, so dass
Sammler und Gehäuse
ein gemeinsames Volumen definieren in welches die entsprechenden
Röhrenenden
münden
und durch welches gegebenenfalls die Fluidzufuhr und -abfuhr erfolgt.
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Das Fluidgehäuse ist mit Verbindungen bzw. Ausschlüssen zu
den Fluidzufuhr- und Fluidabfuhrleitungen versehen. Sein Innenvolumen
ist darüber
hinaus in eine Vielzahl von einzelnen Untervolumina unterteilt,
die es erlauben, bestimmte Gruppen von Röhren des Netzes zusammenzufassen,
um eine vorbestimmte Konfiguration der Fluidzirkulation im Tauscher
zu definieren, mit mehreren Hin- und Rückführungen des Fluids innerhalb
des Röhrennetzes.
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Ein Abschlussblock umfasst daher
wenigstens einen Sammler und ein Fluidgehäuse deren Zusammenbau gemeinsam
stattfindet. Ein solcher Wärmetauscher
ist bereits aus
US 3,173,482 bekannt.
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Eine der derzeit üblicherweise zu diesem Zweck
verwendeten Montagetechniken ist die Verlötung bzw. Verschweißung, wobei
die Gesamtheit der Elemente des Wärmetauschers in einen Lötofen eingebrannt
wird, wobei es einem zusätzlich
vorgesehenen Metall ermöglicht
wird, sowohl die Verbindung der unterschiedlichen Elemente (Sammler,
Fluidgehäuse,
Trennwandungen, Rohrnetz, etc.), als auch deren Dichtung bzw. Dichtheit
bereitzustellen.
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Eine andere verwendete Montagetechnik
ist der mechanische Zusammenbau bei dem das Ensemble der Elemente
des Wärmetauschers
mechanisch verbunden wird mit Zwischenschaltung eines Dichtelements,
das die Dichtheit zwischen dem Sammler und den Röhren einerseits und dem Sammler
und dem Fluidgehäuse
andererseits sicher stellt.
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Die Erfindung stellt auf eine bestimmte
Fabrikationstechnik eines Wärmetauschers
ab, die im Falle der zwei zuvor erwähnten Montagetechniken, insbesondere
in dem der Verlötung
oder Verschweißung,
anwendbar ist. Sie strebt an, die Produktion durch Vereinfachung
des Zusammenbaus, Standardisierung bzw. Normierung der Elemente
und Reduzierung der Anzahl der verschiedenen zu montierenden Teile
für die
Realisierung eines gegebenen Tauschers zu rationalisieren.
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Der Wärmetauscher ist von bekanntem
Typ, der ein Netz von parallelen Röhren umfasst, die an beiden
Enden untereinander mittels eines Sammlers in Plattenform verbunden
sind, wobei jeder Sammler durch ein Fluidgehäuse, das den Sammler auf abdichtende
Weise verschließt
und mit diesem eine Vielzahl von die Fluidfließrichtung in den Röhren des Netzes
festlegenden Innenvolumina definiert, abgedeckt ist.
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Auf die Erfindung kennzeichnende
Weise wird das Fluidgehäuse
aus einer Vielzahl von individuellen, einstückigen, nebeneinander liegenden
bzw. benachbarten Hauben gebildet, die gemeinsam am Sammler zusammengesetzt
werden und gemeinschaftlich besagte Innenvolumina des Fluidgehäuses definieren,
wobei wenigstens eine des genannten Hauben, die sogenannte mittlere
Haube allein eines der genannten Innenvolumina definiert, wohingegen vorge sehen
ist, dass wenigstens eine Lateralhaube vorgesehen ist, die teilweise
die mittlere Haube überdeckt,
um mit dieser ein weiteres Innenvolumen zu definieren.
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Vorteilhaft ist es, dass die Lateralhaube
bzw. seitliche Haube eine Lateralwandung mit offener Seite aufweist,
die die mittlere Haube über
einer gewählten
Länge überdeckt.
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Vorzugsweise umfassen die Hauben:
eine Fluidzufuhrhaube und eine ähnliche
Fluidabfuhrhaube; und/oder wenigstens eine Flussrichtungsumkehrhaube;
und/oder eine Vielzahl von ähnlichen
Flussrichtungsumkehrhauben.
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Die Sammler sind vorteilhaft an der
Seite der Hauben mit einem peripheren Rand versehen, die eine äußere Kontur
aufweisen, die mit der inneren, durch die gegenüberliegenden Hauben vordem
Anbringen dieser am Sammler gebildete Kontur, komplementär sind.
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In einer zweiten allgemeinen Ausführungsform
der Erfindung überdeckt
wenigsten eine erste Haube, die sogenannte äußere Haube, vollständig eine
zweite Haube, die sogenannte innere Haube, wobei die erste Haube
und die zweite Haube wenigstens zwei Innenvolumina des Fluidgehäuses definieren.
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Gemäß einer Besonderheit dieser
allgemeinen Ausführungsweise,
definiert die äußere Haube zwei
Aufnahmen diesseits und jenseits der inneren Haube.
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Gemäß einer weiteren Besonderheit,
haben die innere und die äußere Haube
Ränder
unterschiedlicher Höhe,
wobei die Höhe
der Ränder
der inneren Haube geringer ist als die Höhe der Ränder der äußeren Haube, so dass zwischen
den genannten Aufnahmen ein Durchtritt gebildet wird.
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Gemäß einer weiteren Besonderheit
verfügen
die innere Haube und die Außenhaube über an dem
Sammler aneinander anliegenden Längsrändern.
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Gemäß einer weiteren Besonderheit
umfassen die innere Haube und/oder die äußere Haube eine oder mehrere
Fluidzufuhr- oder abfuhröffnungen.
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Gemäß einer weiteren Besonderheit
wird die innere Haube mit Fluid versorgt, welches zwei Durchläufe im Netz
ausführt,
bevor es durch eine oder mehrere Fluidabfuhröffnungen der Außenhaube
ausgestoßen
wird.
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Die Erfindung stellt gleichermaßen auf
ein Herstellverfahren eines Wärmetauschers
vom oben beschriebenen Typ ab, wobei das Herstellverfahren die folgenden
Schritte umfasst:
- a) Herstellung, bevorzugterweise
durch Prägen bzw.
Tiefziehen oder Kümpeln,
einer Vielzahl von individuellen einstückigen Hauben, die gemeinschaftlich
genannte Innenvolumina des Fluidgehäuses definieren,
- b) Herstellung und Zusammenbau eines Netzes von parallelen Röhren,
- c) Anordnen der Sammler an den Enden der Röhren des Netzes,
- d) Anordnen der jeweiligen bzw. entsprechenden Hauben auf jedem
der Sammler,
- e) mechanische Verbindung der Anordnung.
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Im Schritt a) werden die Hauben vorzugsweise
durch Prägen
bzw. Tiefziehen oder Kümpeln
eines metallischen Blechs hergestellt.
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Im Schritt e) erfolgt die Verbindung
der Anordnung vorzugsweise durch gemeinsames Verlöten oder
Verschweißen
von sowohl den Hauben mit den Sammlern als auch der Sammler mit
den Röhren.
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Weitere Vorteile der Erfindung erschließen sich
beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung, die nur als
Beispiel gelte, mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, auf denen:
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die 1 eine
Gesamtschnittansicht eines Wärmetauscher
eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Stand
der Technik ist;
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die 2 ein
Teilschnittansicht eines Wärmetauschers
eines Kraftfahrzeugs gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung ist;
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die 3 eine
Teilschnittansicht analog zu 2 einer
Ausführungsvariante
ist;
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die 4 eine
perspektivische Teilansicht entsprechend der 3 ist;
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die 5 eine
Längsschnittansicht
eines Wärmetauschers
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung ist; und
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TEXT FÄHLT
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Die 1 stellt
einen Wärmetauscher
dar, bezugnehmend auf welchen die Erfindung in Verbindung mit den 2 bis 6 beschrieben wird. Er umfasst ein Netz
von parallelen Röhren 10 (hier
Flachröhren),
die durch wellenförmige
Rippen oder Lamellen 11 getrennt sind. Auf beiden Seiten
des Netzes von Röhren
bzw. Rohren sind Endblöcke
vorgesehen, die bestimmte Gruppen von Röhren zusammenfassen und eine
vorbestimmte Konfiguration des Fluidkreislaufs im thermischen Tauscher
definieren, was durch die verschiedenen Pfeile der 1 schematisch dargestellt ist. Jeder
Endblock umfasst auf bekannte Weise, eine metallische Platte 12, 14,
allgemein „Sammler" genannt, welche
die Enden der Röhren
des Netzes vereint, und mit der ein Element in Form eines Deckels,
im allgemeinen „Fluidgehäuse" oder „Sammelgehäuse" genannt, auf abdichtende Weise
mittels seines peripheren Rands mit dem Sammler verbunden ist. Die
Anordnung, die aus dem Sammler und dem entsprechenden Gehäuse gebildet
wird, definiert Volumina, in denen die Röhren des Netzes münden. Diese
diversen Elemente (Sammler, Gehäuse
und Röhren)
sind miteinander auf abdichtende Weise mittels Verlöten oder
Verschweißen
verbunden, das heißt,
durch das kontrollierte Verschmelzen eines Auftragsmetalls während eines Schrittes
der Einbringung in einen Lötofen.
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Gemäß einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform
besteht das Fluidgehäuse
aus einer Vielzahl von nebeneinanderliegenden individuellen Hauben,
jede jeweils eines von diversen Innenvolumina des Fluidgehäuses definierend.
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Somit umfasst das dem Sammler 12 zugeordnete
Fluidgehäuse
eine erste Haube 16, die mit einer Fluidzufuhrleitung 18 verbunden
ist, eine zweite Haube 20, die mit einer Fluidabfuhrleitung 22 verbunden
ist und, zwischen diesen beiden, eine Fluidzirkulationsrichtungsumkehrhaube 24.
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Das dem Sammler 14 zugeordnete
Fluidgehäuse
besteht seinerseits aus zwei Fluidrichtungsumkehrhauben 26, 28.
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Um eine Rationalisierung des Herstellprozesses
zu ermöglichen,
sind die Dimensionen der Hauben so gewählt, dass die Hauben 16 und 20 ähnlich sind,
genauso wie die Dimensionen der Hauben 24, 26 und 28:
Die Fluidgehäuse
des thermischen Tauschers können
somit ausgehend von nur zwei Haubentypen verwirklicht werden, nämlich eine Zu/Abfuhrhaube
für Fluid,
wie 16 oder 20, und eine Fluidrichtungsumkehrhaube
bzw. Fluidzirkulationsrichtungsumkehrhaube wie 24, 26 oder 28.
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Das Material der Sammler und der
Hauben ist ein verlöt-
bzw. verschweißbares
Metall, z. B. eine mit einer Auftragsmetallschicht oberflächenbehandelte
Aluminiumlegierung.
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Um den Zusammenbau der verschiedenen Hauben
an den Sammlern vor dem Verlöten
bzw. Verschweißen
zu erleichtern, ist auf jedem der Sammler 12, 14 jeweils
ein peripherer Rand 32, 34 vorgesehen, der so
dimensioniert ist, dass er der Kontur (Hülle) der verschiedenen nebeneinanderliegenden
und am Sammler angebrachten Hauben entspricht; die Überdeckung
der jeweiligen peripheren Ränder
der Sammler und der zugeordneten Hauben mit den peripheren Rändern der
Hauben, die bezüglich
des Sammlers senkrecht sind, erlaubt ein zufriedenstellendes Verlöten bzw.
Verschweißen
aufgrund der größten gegenüberstehenden
Oberfläche
der verlöteten
bzw. verschweißten
Elemente.
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Die Hauben sind vorzugsweise Einzelblockteile
bzw. einstückig
ausgebildet, realisiert zum Beispiel durch Prägen bzw. Tiefziehen oder Kümpeln eines
Blechs. Sie weisen alle an der Seite ihres freien Rands eine senkrecht
zur Ebene des Sammlers ausgerichtete Fläche auf, wie in 36 oder 38,
um die Oberfläche
gegenüber
zwei angrenzenden Hauben oder einer Endhaube und dem peripheren
Rand 32 oder 34 des zugeordneten Sammlers zu vergrößern. Der Rest
der Haube kann jede geeignete Form, die von den technischen Einschränkungen
vorgegeben wird (zum Beispiel eine Dachform für die mit den Zufuhr- und Abfuhrleitungen 18 und 22 verbundenen
Hauben 16 und 20) oder durch Erwägungen des
Platzbedarfs oder der Strömungsmechanik
(zum Beispiel eine flache Form für
die Hauben 24, 26 und 28), annehmen.
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In einer ersten Ausführungsform,
die in 2 dargestellt
wird, umfasst der Tauscher einen Sammler 12 analog zu jenem
in 1. Das dem Sammler 12 zugeordnete
Fluidgehäuse
umfasst eine erste Haube 40, die mit einer Fluidzufuhröffnung 42 ausgestattet
ist, eine zweite Haube 44, die mit einer Fluidabfuhrleitung 46 ausgestattet
ist, und, zwischen beiden, eine Fluidrichtungsumkehrhaube 48.
Die Hauben 40 und 44 sind ähnlich.
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Die Haube 48, oder mittlere
Haube, definiert alleine ein Innenvolumen, wohingegen die Hauben 40 und 44,
oder laterale Hauben jede einen Teil der mittleren Haube 48 überdecken,
um mit dieser zwei weitere Volumina zu definieren.
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Die lateralen Hauben 40 und 44 haben
jeweils laterale Wandungen 50 und 52, von denen
jede eine offene, der mittleren Haube 48 zugewandte Fläche begrenzt.
Die Wandungen 50 und 52 überdecken die mittlere Haube
auf jeweils zwei Längen
L1 und L2, die identisch oder unterschiedlich sein können.
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Somit kann die gleiche laterale Haube
zum Definieren verschiedener Innenvolumina in Abhängigkeit
von der Überdeckungslänge L1 oder
L2 benutzt werden.
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Im Fall der 2 ist die Wandung der Haube 48 glatt,
so dass die lateralen Wandungen 50 und 52 der
Hauben 42 und 44 nach aussen hervorstehen.
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Dagegen umfasst in der Variante der 3 und 4 die laterale Wandung der mittleren
Haube 48 zwei Ansätze
oder Ausläufe 54 und 56,
die es ermöglichen,
die Enden der lateralen Wandungen 50 und 52 der
Hauben 40 und 44, die sich somit auf dem gleichen
Niveau wie die Wandung der mittleren Haube befinden, aufzunehmen.
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Gemäß einer zweiten, in den 5 und 6 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist
das Fluidgehäuse
aus einer ersten Haube 140, der sogenannten äußeren Haube,
die vollständig
eine zweite Haube 150, der sogenannten inneren Haube, überdeckt.
Die erste Haube 140 und die zweite Haube 150 sind
am Sammler 12 angebracht.
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Die innere Haube 150 definiert
ein erstes Innenvolumen des Fluidgehäuses, wohingegen die äußere Haube 140 zwei
Aufnahmen 143 und 144 beiderseits der inneren
Haube definiert ( 5).
Diese zwei Aufnahmen definieren zwei Innenvolumina, die dort ein
einzelnes Innenvolumen dadurch bilden, dass die zwei Aufnahmen 143 und 144 miteinander mittels
eines Durchtritts 145 verbunden sind (5 und 6).
In einer nicht dargestellten Variante könnten die Aufnahmen 143 und 144 vollständig getrennt sein,
also ohne Verbindung, unter der Voraussetzung, dass die innere Haube
eine abdichtende Trennwand zwischen den Aufnahmen bildet.
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Wie auf den 5 und 6 ersichtlich
ist, umfasst die äußere Haube 140 transverale
Ränder 141 und
longitudinale Ränder 142,
die eine größere Höhe als die
transveralen Ränder 151 und
die longitudinalen Ränder 152 der
inneren Haube haben. Dieses nicht einschränkende Ausführungsbeispiel, ermöglicht die
Realisierung des Durchtritts 145 zwischen den Aufnahmen 143 und 144.
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Vorteilhaft ermöglicht eine gleichzeitig in
der inneren Haube 150 und der äußeren Haube 140 ausgeführte Öffnung 148 die
Zufuhr oder Abfuhr eines Fluids direkt in die innere Haube 150.
Eine oder mehrere weitere Öffnungen 122 können durch
die äußere Haube 140 hindurch
ausgeführt
werden (5).
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Um die Dichtheit an der Öffnung 148 zu
verbessern, sind die longitudinalen Ränder 152 der inneren
Haube 150 jeweils an die longitudinalen Ränder 142 der äußeren Haube 140 angebunden
bzw. geklebt. Gleichermaßen
entsprechen die Ränder 32 des
Sammlers 12 (6)
den longitudinalen Rändern 141 und 142 der äußeren Haube 140.
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Das am Sammler 14 angebrachte
Fluidgehäuse
(5) besteht aus zwei
Fluidrichtungsumkehrhauben 250 und 350. Einer
inneren Haube 150 und einer äußeren Haube 140 zugeordnet,
ermöglichen
es diese zwei Fluidrichtungsumkehrhauben zwei getrennte Fluiddurchtritte
zum Inneren des Netzes zu realisieren.
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Daraus folgt, dass das Fluid in das
Innere der inneren Haube 150 eindringt und in zwei Teile
aufgeteilt wird. Ein erster Teil des Fluids gelangt in die Haube
250 um anschließend
in die Aufnahme 143 zu fließen, wohingegen ein zweiter
Teil in die Haube 350 gelangt um anschließend zur
Aufnahme 144 zu fließen.
Somit vollführt
jeder Teil des Fluids eine Bahn in zwei getrennten Durchläufen, die
Hin- und Rückweg bilden.
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Vorteilhaft sind die Hauben 150, 250 und 350 ähnlich.
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In einer Anführungsvariante (nicht dargestellt),
könnte
vorgesehen werden, eine einzelne Haube anstelle der zwei Hauben 250 und 350 zu
verwenden.
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Auf vorteilhafte Weise überdeckt
die äußere Haube 140 die
Gesamtheit des Sammlers 12, jedoch ist es auch möglich, auf
dem Sammler zwei oder mehrere innere Hauben 150, die von
zwei oder mehreren äußeren Hauben überdeckt
wird, anzuordnen.
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Die Erfindung ist nicht auf die beispielhaft
zuvor beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt und
geeignet für
zahlreiche Varianten. Somit kann die Erfindung auch bei Wärmetauscher
angewendet werden, die mechanisch zusammengesetzt werden, ohne Verlöten oder
Verschweißen.