DE956820C - Waermeaustauscher fuer die Kuehlung von Verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Description

Die für das Kühlen der Kühlflüssigkeit von Verbrennungskraftmaschinen dienenden Wärmeaustauscher sind in der Regel aus Kupferlegierungen hergestellt. Diese sind, besonders wenn sie leicht bearbeitbar sein sollen, sehr teuer.

Zur Abhilfe hiergegen hat man auch schon Kühler aus Aluminiumlegierungen aufgebaut, die den Vorteil haben, sehr leicht zu sein, für die man aber andererseits besondere Werkzeuge und Verfahren anwenden muß, um die einzelnen Bauelemente durch Schweißen miteinander verbinden zu können. Daraus ergibt sich, daß auch diese Kühler einen hohen Preis haben und oft noch teurer sind als die aus Kupferlegierungen hergestellten.

Man kennt weiterhin auch Kühler, deren aus Leichtmetall bestehende Kühlröhren mit ihren Enden ins Innere von Wasserkästen ragen, die unmittelbar auf den Enden der Kühlröhren durch einen Formungsvorgang unter Druck hergestellt werden, nachdem zuvor das Rohrbündel als solches zusammengebaut war. Diese Fertigungsmethode hat wiederum den Nachteil, daß sie besondere und teuere Formungsmaschinen benötigt, mit denen man die Wasserkästen unter Druck aus dem plastisch gemachten Material an die Enden des Wasserrohrbündels des Kühlers anformen kann.

Bei anderen Ausführungsformen sind die Röhren des Kühlerrohrbündels auch aus Leichtmetallen hergestellt, deren Enden dann direkt in die Halte-

platten aus Kunststoff eingeführt und von diesen umschlossen werden, wobei dieser Vorgang so durchgeführt wird, daß die Röhren in die Halteplatten gepreßt werden, um die Abdichtung sicherzustellen.

Nachteilig ist dabei, daß die Metallteile in den

Kunststoff eingeformt werden müssen, d.h., daß die Verbindung zwischen den Metallteilen und dem Kunststoff während der Entstehung des Kunst-Stoff teiles bereits endgültig hergestellt werden muß.

Die vorliegende Erfindung bezweckt eine neue

Konstruktion von Kühlern, die insbesonders den Vorteil einer großen Vereinfachung im Vergleich mit der bekannten Herstellung von zusammengesetzten Kühlertypen hat, die ein metallisches Rohrsystem und Wasserkästen aus plastischem Material aufweisen. Dadurch ist es möglich, metallische Rohrbündel aus kupferhaltigen Metallen oder aus Leichtmetallen oder selbst aus eisen-

ao haltigen Metallen, die mit einer Schutzschicht aus unangreifbarem Material überzogen sind, zu verwenden. Diese Rohrbündel bilden dann mit den Wasserkästen oder Rohrplatten aus plastischem Material, die getrennt hergestellt werden, den Gesamtkühler.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß an den einen Bauteilen Randpartien aus dem Werkstoff der anderen Bauteile befestigt oder angeformt sind, daß diese Randpartien Dichtungsflächen aufweisen, die den Dichtungsflächen an den anderen Bauteilen entsprechen, und daß die Randpartien und Bauteile durch beim Aneinanderbefestigen von Stücken gleichen Werkstoffs übliche Mittel verbunden sind. Man kann die Bauteile auch so ausführen, daß die Randpartie aus einem Metallstreifen besteht, dessen einer Rand mit Hilfe einer Abwinklung eine Verankerung bildet und mit dieser in einen Wulst eines Kunststoffteiles eingeformt ist.· Vorteilhaft kann es sein, wenn die Randpartien beider Bauteile mit Hilfe von Schultern und Kragen ineinander gesteckt sind.

Die Einzelanfertigung von Kühlerteilen gemäß der Erfindung macht es möglich, die gleichen in der Technik üblichen Zusammenbauverfahren zu verwenden, und gestattet besonders das Zusammenfügen durch Löten mit Zinn, wie es in der klassischen Technik der Kühlerfabrikation üblich ist. In diesem Zusammenhang ist die Verwendung von Stücken aus plastischem Material möglich, die außerhalb der Montagewerkstätten der Kühler hergestellt werden können, um dadurch rationell zu arbeiten, ohne die in den Kühlerfabriken vorhandenen Hauptmontageausrüstungen besonders anpassen zu müssen.

Gemäß der Erfindung ist es auch möglich, zusammengesetzte Bündel auszuführen, d. h., daß sie auch eine Rohrplatte aus plastischem Material aufweisen, während die Zirkulationsröhren aus Metall hergestellt sind, wodurch gleichfalls die vorhandenen Ausrüstungen der üblichen Art benutzt werden können, um das Auftreiben von Rohrstücken in den Rohrplatten genau in der gleichen Art durchzuführen, wie es für vollständig aus kupferhaltigen Metallen fabrizierte, komplette Kühler angewandt wird.

Zweckmäßig kann es sein, den Rand einer metallischen Halteplatte für die Kühlrohre mit Verankerungsverformungen zu versehen und in eine Randpartie aus Kunststoff einzuformen, die dem Rand des Kunststoffwasserkastens entspricht und sich mit ihr z. B. durch Hochfrequenzschweißung oder durch eine Dichtungsnaht aus zusammen mit dem Kunststoff der zu verbindenden Teile polymerisierbarem oder polykondensierbarem Stoff verbinden läßt.

Eine andere Ausführungsform kann so ausgeführt sein, daß die metallischen Kühlrohre mit ihrem erweiterten Ende in entsprechend ausgebuchteten Durchbrechungen der mit einer Kunststoffrandpartie versehenen Halteplatte aus Kunststoff stecken.

Fig. ι ist eine schematische geschnittene Teilseitenansicht einer Ausführungsform der dichten Verbindung zwischen einem Wasserkasten und den Rohrplatten von Kühlern;

Fig. 2 bis 12 sind schematische geschnittene Teilseitenansichten, welche weitere Ausführungsformen darstellen.

Erfindungsgemäß wird wenigstens ein Teil der Bestandteile eines Kühlers aus plastischen oder organischen Stoffen hergestellt, oder auch aus Metallen, z. B. korrosionsfähigen Metallen, welche wenigstens teilweise mit einer Schicht aus einem plastischen oder organischen Stoff überzogen sind, welcher gegen die verwendeten Strömungsmittel und die Betriebstemperaturen derselben unempfindlich ist.

Die für die Herstellung der Kühler, insbesondere der Wasserkästen derselben benutzten plastischen und/oder organischen Werkstoffe müssen nämlich gegen die Korrosion und die Erosion durch die Kühlflüssigkeiten unempfindlich sein. Bei Kühlern für Kraftfahrzeuge müssen sie gegen reines odei natürliches Wasser unempfindlich sein, welchem Frostschutzmittel oder die Bildung von Kesselstein verhindernde Mittel, z. B. Alkohole oder Polyalkohole, wie Methanol oder Glykol, zugesetzt sein können.

Die benutzten Werkstoffe sind zweckmäßig plastische, in der Wärme erhärtende Werkstoffe, wenn die Teile nur aus plastischen Stoffen hergestellt werden, und Harze, wie Harze auf Formol- und Phenolgrundlage oder Äthoxylharze, wenn diese Stoffe zum Überziehen von Metallteilen aus Eisen- oder Aluminiummetallen dienen. Die in der Wärme erhärtenden Werkstoffe können auch insbesondere dann benutzt werden, wenn aus diesen Werkstoffen hergestellte Teile mit einen plastischen Überzug tragenden Metallteilen vereinigt werden sollen, oder auch bei der Vereinigung derselben mit aus edleren Metallen, wie Kupfer und dessen Legierungen, hergestellten Teilen.

Die Verbindung von zwei oder mehreren Teilen aus verschiedenen Werkstoffen, z. B. eines Wasserkastens eines Kühlers aus einem plastischen Werkstoff mit einer Rohrplatte aus Messing oder Kupfer,

kann auf verschiedene Weise erfolgen, wie nachstehend ausgeführt und in der Zeichnung dargestellt ist.

Bei der in Fig. ι dargestellten Ausführungsform S ist ein bei 15 umgebogener Metallstreifen 14 in einen dicken Wulst 16 eingebettet, welcher an dem unteren Teil des Wasserkastens 1 gebildet ist. Der Metallstreifen 14 ist an den aufsteigenden Rand 17 der Rohrplatte 2 angelötet. Diese Anordnung gestattet, den Wasserkasten in der üblichen Weise mit Zinn an die Rohrplatte anzulöten, obwohl der Wasserkasten aus plastischem Material besteht.

In Fig. 2 ist die Rohrplatte 28 so geformt, daß eine Rippe 38 entsteht, welche in eine Zunge 39 aus einem plastischen Werkstoff, z. B. einem bei Wärme erhärtenden Werkstoff, eingebettet ist. Die Zunge 39 besitzt eine der Randleiste i_b des Wasserkastens 26 entsprechende Randleiste 40, wobei der Wasserkasten aus demselben Werkstoff hergestellt ist, wie

ao die Zunge 39. In diesem Fall wird die dichte Verbindung zwischen dem Wasserkasten und der Rohrplatte durch eine Hochfrequenzschweiß ung der Flansche x_b, 40 hergestellt.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Abwandlung ist

»5 die Zunge 39 der Fig. 2 durch eine Zunge 41 mit rechteckigem Quersch litt ersetzt. Der aus dem gleichen Werkstoff wie die Zunge 41 hergestellte Wasserkasten 26 weist an seinem unteren Teil einen abgekröpften Teil 42 auf, welcher teilweise die Zunge 41 der Rohrplatte 28 überdeckt. Wie in Fig. 2 erfolgt die Verbindung durch eine Hochfrequenzschweißung. Ferner ist an der Zunge 41 am Ende des von dem Wasserkasten gebildeten abgekröpften Teils 42 ein Auftrag 43 von Werkstoff angebracht, welcher zweckmäßig gleichzeitig mit dem für die Herstellung der Zunge 41 und des Wasserkastens 26 benutzten plastischen Werkstoff polymerisierbar oder polykondensierbar ist.

Fig. 4 zeigt eine zweite Abwandlung, bei welcher die in Fig. 3 beschriebene rechteckige Zunge 41 waagerecht liegt, anstatt, wie in Fig. 3, lotrecht angeordnet zu sein. In diesem Fall weist der Wasserkasten 26 eine Randleiste I₆ auf. Die Verbindung zwischen der Rohrplatte und dem Wasserkasten erfolgt bei diesem Beispiel wie bei den Beispielen der Fig. 2 und 3 durch Hochfrequenzschweißung.

In Fig. 5 ist die Rohrplatte 28 genau in der gleichen Weise wie in Fig. 3 hergestellt, d. h. sie weist seitlich eine Zunge 41 mit rechteckigem Querschnitt auf. Bei diesem Beispiel ist die Rohrplatte 28 mit dem Wasserkasten 26 durch einen Auftrag von Werkstoff 44 oder durch eine Hartlötung oder eine Lötung und durch eine Dichtung 18 aus einem Klebstoff oder einem geeigneten Zement verbunden.

Fig. 6 zeigt eine Abwandlung der Fig. 5. Die Rohrplatte 28 ist in derselben Weise wie in dieser letzteren Figur hergestellt, der Wasserkasten 26 besitzt jedoch an seinem inneren Ende einen abgekröpften Teil 45, welcher dem abgekröpften Teil der Fig. 3 entspricht. Wie in Fig. 5 erfolgt die Verbindung zwischen dem Wasserkasten und der Rohrplatte durch einen Auftrag von Werkstoff 44 und eine Dichtung 18 aus einem Klebstoff oder einem geeigneten Zement.

In Fig. 7 sind die Rohrplatte 28 und der Wasserkasten 26 in der gleichen Weise ausgeführt wie in Fig. 4, und die dichte Verbindung erfolgt durch einen Auftrag von Werkstoff 44 und eine Dichtung 18, wie in Fig. 5 und 6.

Bei der Ausführungsform der Fig. 8 ist die Rohrplatte 28 in ähnlicher Weise wie in Fig. 6 hergestellt, d. h. sie weist eine am Rande angeordnete Zunge 41 aus einem plastischen Werkstoff auf. Diese Zunge besitzt jedoch an ihrem oberen Teil auf ihrer Außenseite einen Absatz 46 zur Aufnahme einer an dem unteren Teil des Wasserkastens gebildeten entsprechenden Abkröpfung 47. Wie bei den vorhergehenden Beispielen sind der Wasserkasten 26 und die am Rande angeordnete Zunge 41 aus demselben Werkstoff hergestellt. Die dichte Verbindung erfolgt in diesem letzteren Fall durch eine autogene Schweißung 48, welche zwischen der Zunge.41 und dem Ende der Abkröpfung 47 des Wasserkastens 26 hergestellt wird. Ferner ist bei 18 eine plastische Dichtung oder ein geeigneter Zement angeordnet.

In Fig. 9 ist der Rand 49 der Rohrplatte 28 etwa Z-förmig ausgebildet und dann teilweise in die am Rande angeordnete Zunge 50 eingebettet, welche der oben beschriebenen Zunge 41 entspricht. Diese Randzunge ist so ausgebildet, daß sie sich mit ihrem unteren Ende und ihrer Unterseite gegen eine von der Rohrplatte 28 gebildete Schulter 51 legt. Diese Anordnung ermöglicht eine besonders große Festigkeit gegenüber den von der Dehnung und der Zusammenziehung der miteinander in Berührung stehenden Werkstoffe herrührenden Kräften, welche dann besonders groß sind, wenn die Rohrplatte 28 aus Messing oder anderen kupferhaltigen Metallen hergestellt ist, während die Zunge 50 aus einem plastischen Werkstoff besteht und somit einen erheblich kleineren Ausdehnungskoeffizienten hat. ·

Wie in Fig. 5 und den folgenden ist die Verbindung zwischen der Rohrplatte 28 und dem Wasserkasten 26 durch einen Auftrag von Werkstoff 44 oder eine Schweißung oder auf beliebige andere geeignete Weise hergestellt.

Fig. 10 zeigt eine andere Ausführungsform, bei welcher die Rohrplatte 28 und der Wasserkasten 26 beide aus einem plastischen Werkstoff bestehen, z. B. einem bei Wärme erhärtenden Werkstoff oder einem thermoplastischen Werkstoff.

Zwischen der Rohrplatte und dem Wasserkasten wird eine Verbindung auf eine der oben beschriebenen Arten hergestellt. In die Rohrplatte sind Löcher

56 für den Durchtritt der das Kühlerrohrbündel bildenden Rohre 57 gebohrt. Die Enden 58 der Rohre

57 sind so aufgeweitet, daß sich um die Löcher 56 herum gebildete Ringwülste 59 anschmiegen, worauf Aufträge von Werkstoff oder Schweißwülste 60 zwischen dem Ende 58 der Rohre und den Wülsten 59 sowie zwischen der Unterseite 61 der Rohrplatte und den Rohren 57 aufgebracht werden.

Zur Erzielung einer guten Kühlung durch das Wasser oder ein anderes in den Rohren 57 strömendes Medium bestehen die Rohre zweckmäßig in üblicher Weise aus edleren Metallen, z. B. Kupfer und seinen Abkömmlingen.

Wie in Fig. 11 gezeigt, können die Rohre 57 so ausgebildet werden, daß sie einen Randwulst 62 aufweisen, welcher in eine Rinne in dter Lochleibuing der Rohrplatte 28 eingebettet .ist.

Fig. 12 zeigt eine andere Abwandlung, bei welcher der Wulst 62 durch eine Scheibe 63 ersetzt ist, welche auf jedes Rohr 57 aufgelötet und anschließend in eine Rinne in der Lodenleibung der Rohrplatte 28 eingebettet wird.

Die Erfindung ist nicht auf die nur als Beispiele im einzelnen beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, da an diesen verschiedene Abänderungen vorgenommen werden können, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Insbesondere können die verschiedenen beschriebenen Verbindungsarten zur Vereinigung von Werkstücken benutzt werden, welche von den beschriebenen und dargestellten verschieden sind. Die für die Herstellung der Wasserkästen, Rohrplatten und anderen Bestandteile von Kühlern oder Wärmeaustauschern benutzten plastischen Werkstoffe können mit Füllstoffen .versehen werden, welche die Rolle von Bewehrungen spielten, z. B. Gewebefasern, Metallteilen od. dgl.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Wärmeaustauscher für die Kühlung von Brennkraftmaschinen, dessen dicht miteinander zu verbindende Bauteile einerseits aus Kunststoff und andererseits aus Metall bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß an den einen Bauteilen (1 bzw. 28) Randpartien (14 bzw. 40, 41, 50) aus dem Werkstoff der anderen Bauteile befestigt oder angeformt sind, daß diese Randpartien Dichtungsflächen aufweisen, die den Dichtungsflächen an den anderen Bauteilen entsprechen, und daß die Randpartien und Bauteile durch beim Aneinanderbefestigen von Stücken gleichen Werkstoffs übliche Mittel verbunden sind.
2. 2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Randpartie aus einem Metallstreifen (14) besteht, dessen einer Rand mit Hilfe einer Abwinklung (15) eine Verankerung bildet und mit dieser in einen Wulst (16) eines Kunststoffteiles eingeformt ist.
3. 3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand einer metallischen Halteplatte (28) für die Kühlrohre mit Verankerungsverformungen (38, 49) versehen und in eine Randpartie (40, 41, 50) aus Kunststoff eingeformt ist, die dem Rand des Kunststoffwasserkastens (26) entspricht und sich mit ihr z. B. durchHochfrequenzschweißung oder durch eine Dichtungsnaht (44) aus zusammen mit dem Kunststoff der zu verbindenden Teile polymerisierbarem oder polykondensierbarem Stoff verbinden läßt.
4. 4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Randpartien beider Bauteile (26,41) mit Hilfe von Schultern (45) und Kragen (47) ineinandergesteckt sind.
5. 5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Kühlrohre (57) mit ihrem erweiterten Ende in entsprechend ausgebuchteten Durchbrechungen der mit einer Kunststoffrandpartie versehenen Halteplatte aus Kunststoff stecken.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentschriften Nr. 202794, 682305; schweizerische Patentschrift Nr. 130 503;

   französische Patentschriften Nr. 431 421,
   834891;

   USA.-Patentschriften Nr. 2225615, 2343225, 417 881, 2452557, 2550672.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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