EP0929783B1 - Sammler eines wärmetauschers für kraftfahrzeuge mit kammerunterteilung aus sich kreuzenden flachstegen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sammler (18) eines Wärmetauschers für Kraftfahrzeuge mit mindestens zweiteiligem Aufbau des Sammlers (18) aus einem Rohrboden (26) und einem Deckel (28), die gemeinsam, gegebenenfalls mit mindestens einem weiteren Bauteil, das Gehäuse des Sammlers (18) bilden. Eine Kammerunterteilung (30) aus sich kreuzenden Flachstegen (32, 38, 40) ist im Sammler (18) angeordnet. Die Kammerunterteilung (30) ist für sich ein integrales Druckgußteil aus einem lötbaren Werkstoff.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sammler eines Wärmetauschers gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Ein derartiger Sammler ist aus der DE-C-195 15 526 bekannt.

Unter dem Begriff Sammler soll allgemein nicht nur ein Zwischensammler oder ausgangsseitiger Sammler verstanden werden, sondern auch ein eingangsseitiger Verteiler.

Derartige mehrteilige Sammler sind vielfach bekannt. Bisher hat man dabei im allgemeinen einen Deckel, einen Rohrboden oder auch eine Facheinteilung aus Blech oder plattenförmigem Material gefertigt, wobei Deckel beispielsweise aus Blech tiefgezogen wurden. Für Spezialkonstruktionen hat man bisher auch schon Spritzgußteile verwendet. So wurde bei einem Verdampfer, der insbesondere auch für Kraftfahrzeugklimaanlagen eingesetzt werden soll, gemäß der DE-31 50 187 C2 für einen Verteiler eine Sandwichkonstruktion ausSpritzgußplatten eingesetzt, in denen die bei dem Verteiler erforderlichen Kammern durch entsprechende Nutausbildungen gewonnen wurden.

Nachfolgend wird bei der Erfindungsbeschreibung statt des Begriffs Spritzguß der Begriff Druckguß verwendet, wobei jedoch im Rahmen der Erfindung die Begriffe Druckguß und Spritzguß als synonym betrachtet werden.

Es ist an sich schon bekannt, den Deckel und den Rohrboden eines Sammlers oder vergleichbaren Bauelements, wie eines Kältemittelverteilers (DE-A1-42 12 721), jeweils aus Druckguß zu fertigen. Die meist verwendeten Druckgußwerkstoffe auf Aluminiumbasis sind jedoch wegen ihres hohen Siliziumanteils in Aluminiumlegierungen nicht verlötbar, auch nicht hartverlötbar. Man hat daher in solchen Fällen den Sammler o. dgl. Bauteil unter Verwendung von eingesetzten Dichtungen zusammengesetzt. Das erfordert zusätzlichen baulichen Aufwand und beschränkt die Dauerdichtigkeit.

Der Einsatz des Kältemittelverteilers der DE-A1-42 12 721 ist nicht als Druckgußteil, sondern als Strangpreßteil gefertigt (Sp. 4, Z. 1-3). Strangpreßteile auf Aluminiumbasis hat man schon immer wegen von Druckgußteilen abweichender Zusammensetzung ihrer Aluminiumlegierungen hartverlöten können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Möglichkeiten der Druckgußherstellung für Sammler bei Wärmetauschern für Kraftfahrzeuge noch weitergehend nutzbar zu machen, als dies bisher in Betracht gezogen wurde.

Die Erfindung ermöglicht also durch geeignete Werkstoffwahl für den Einsatz in vorteilhafter Weise eine bisher noch nicht in Betracht gezogene Kombination folgender beiden Aspekte:

Zum einen wird der Einsatz in die Verlötung, insbesondere Hartverlötung, des ganzen Sammlers einbezogen.

Zum anderen werden die räumlichen Gestaltungsmöglichkeiten der Herstellung des Sammlers aus Druckguß nutzbar gemacht.

Dabei werden also im Rahmen der Erfindung folgende drei Aspekte zusätzlich besonders vorteilhaft nutzbar gemacht:

Erster Aspekt: Die Druckgußherstellung beschränkt sich nicht nur auf eine Plattenbauweise, sondern kann auch für die Herstellung wannenartiger Körper mit Boden und umlaufender Seitenwand eingesetzt werden. Eine derartige umlaufende Seitenwand ist bei der bekannten Plattenbauweise von vornherein nicht vorhanden.

Zweiter Aspekt: Die Druckgußtechnik ermöglicht es auch, filigrane Flachsteggitter herzustellen, welche bisher in komplizierter Montagebauweise aus zugeschnittenen Blechstreifen hergestellt wurden (vgl. DE 195 15 526 C1, Fig. 11).

Dritter Aspekt: Bei Verdampfern, bei denen der Sammler als eingangsseitiger Verteiler dient, ist es sogar möglich, gesonderte Zuleitungen zu verschiedenen für eine gleichmäßige Verteilung vorgesehene Eintrittskammern in weiterführende Kanäle mitsamt den Anschlußöffnungen zwischen den Zuleitungen und der jeweils zugeordneten Eintrittskammer in Druckgußtechnik innerhalb der betreffenden Kammerunterteilung zu gestalten, wobei bei integraler Fertigung der Kammerunterteilung mit dem Deckel des Verdampfers oberhalb der Zuleitungen eine gesonderte Abdeckung im Deckel beliebiger Bauart vorzusehen ist. Dies schafft insbesondere die bisher nicht gegebene Möglichkeit, innerhalb eines Querschnitts längs des Verteilers einen Bereich für die Anordnung der Zuleitungen nutzbar zu machen, der nicht mehr durch den Flächenbedarf der eingangsseitigen Eintrittskammer beschränkt ist.

Die Erfindung stellt einen der oben genannten drei Aspekte in den Vordergrund und bezieht die verbleibenden beiden weiteren Aspekte als Weiterbildungen der Erfindung ein.

Aus der DE-31 36 374 C2 ist es an sich bereits bekannt, in einem Anschlußkasten eines Verteilers, welcher der Bauweise nach möglicherweise auch aus Spritzguß gefertigt werden kann, einen als Einschub vorgesehenen Körper zu integrieren, der seinerseits spanabhebend oder auch als Spritzgußteil gefertigt sein kann und verschiedene Zuleitungen zu einzelnen Eintrittskammern in sich vereint. Dies bedeutet aber nicht eine integrale Fertigung von derartigen Zuleitungen mit einer Fachunterteilung in Spritzguß oder Druckguß.

Soweit bisher in dem erläuterten Ausmaß Druckguß bzw. Spritzguß schon verwendet wurde, um einen Sammler zusammenzusetzen, hat man dabei als Verbindungsmittel außer den schon erwähnten Dichtungen vor allem Klebstoff in Betracht gezogen. Die Erfindung sieht aber, wie erläutert, demgegenüber Druckgußteile vor für den Einsatz und vorzugsweise auch für den Mantel (vgl. Anspruch 12), die in vielen Aspekten in ihrer Formgebung der vorgeformter Blechteile entsprechen. Auch zieht die Erfindung weiter in Betracht, Druckgußteile mit Blechteilen zu kombinieren. Geformte Blechteile hat man jedoch im vorliegenden Zusammenhang in der Regel durch Hartlot verlötet. Diese konventionelle Verbindungsart durch Löten, insbesondere durch Hartlöten, wird im Rahmen der Erfindung unter ganzer oder teilweiser Einbeziehung von Druckgußteilen übernommen, indem für das betreffende Druckgußteil als Material eine lötbare Legierung verwendet wird. Bei Kombination mit mindestens einseitig lotplattierten Blechteilen kann man dann sogar von einer entsprechenden Lotbeschichtung des betreffenden Druckgußteils ganz absehen.

Die Zapfen nach Anspruch 2 (mit den Weiterbildungen der Ansprüche 3 bis 10 und 14) haben unter anderem den Vorteil, vor dem Verlöten des Sammlers eine in sich mechanisch zusammenhängende Vormontage von Deckel und Rohrboden des Sammlers so vornehmen zu können, daß dadurch die Lötspalte minimal bleiben und dementsprechend auch die Sicherheit gegen Undichtigkeit beim Verlöten maximal ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Außenansicht eines als Verdampfer ausgebildeten vierflutigen Flachrohrwärmetauschers;

Fig. 2 eine mögliche Querschnittsausbildung des Flachrohrwärmetauschers gemäß Fig. 1 mit einer ersten Variante der Ausbildung des Sammlers;

Fig. 3 einen Querschnitt entsprechend Fig. 2, jedoch mit einer zweiten Variante der Ausbildung des Sammlers;

Fig. 4 eine mögliche aus Druckguß gefertigte Fachunterteilung des Sammlers gemäß Fig. 3, die zwischen dessen Rohrboden und dessen Deckel einsetzbar ist;

Fig. 5 eine Draufsicht auf den Rohrboden eines Sammlers gemäß Fig. 3 bei abgenommenem Deckel, jedoch aufgesetzter Fachunterteilung gemäß Fig. 4;

Fig. 6a bis 6d Detailquerschnitte von vier Varianten je einer Verbindungsstelle der Fachunterteilung gemäß Fig. 4 mit dem Rohrboden oder dem Deckel des Verdampfers nach Fig. 3; und

Fig. 7 einen Schnitt längs eines aus Druckguß gefertigten Deckels eines zulaufseitigen Sammlers.

Der in den Figuren dargestellte Flachrohrwärmetauscher ist in allen dargestellten Ausführungsbeispielen vierflutig ausgebildet und als Verdampfer eines Kältemittelkreislaufs gestaltet.

Das schließt nicht aus, die dargestellten Merkmale sinngemäß auch auf Wärmetauscher mit einer abweichenden Anzahl von Fluten zu übertragen, gegebenenfalls auch auf solche Wärmetauscher, die nicht mit Flachrohren ausgebildet sind und nicht als Verdampfer dienen.

Der Flachrohrwärmetauscher hat folgenden allgemeinen Aufbau:

Eine größere Anzahl von typischerweise zwanzig bis dreißig Flachrohren 2 wird mit konstanten gegenseitigen Abständen und miteinander fluchtenden Stirnseiten 4 angeordnet. Zwischen den Flachseiten 6 der Flachrohre wird jeweils eine Zickzacklamelle 8 sandwichartig eingeschachtelt. Ebenso wird je eine Zickzacklamelle 8 auch noch an den beiden Außenflächen 4 der außenliegenden Flachrohre angeordnet. Jedes Flachrohr weist innere Versteifungsstege 10 auf, die im Flachrohr als durchgehende Kanäle wirkende Kammern 12 abteilen. Je nach Bautiefe ist eine Anzahl der Kammern 12 von zehn bis dreißig typisch.

Die angegebenen typischen Bereiche der Anzahl der Flachrohre und deren Kammern sind dabei nur vorzugsweise und nicht beschränkend gedacht.

In einer Kraftfahrzeugklimaanlage wird im fertigen Zustand die Blockanordnung aus den Flachrohren 2 sowie den Zickzacklamellen 8 durch Außenluft in Richtung des in Fig. 1 ersichtlichen Pfeiles in Bautiefenrichtung als äußeres Wärmetauschmedium durchströmt.

Als inneres Wärmetauschmedium dient bei dem Verdampfer ein Kältemittel wie insbesondere Fluorkohlenwasserstoff, der in den Wärmetauscher über eine Zuleitung 14 eintritt und über eine Ausgangsleitung 16 aus dem Wärmetauscher wieder austritt. Die Zuleitung kommt im Kältemittelkreislauf von dessen Verflüssiger. Die Ausgangsleitung 16 führt zum Verdichter des Kältemittelkreislaufs.

Bei geradzahliger Anzahl von Fluten im Wärmetauscher erfolgt die eingangsseitige Verteilung des Kältemittels von der Zuleitung 14 her auf die einzelnen Flachrohre durch einen sogenannten Verteiler. Ausgangsseitig wird das Kältemittel gesammelt der Ausgangsleitung 16 zugeführt. Wenn man auch die Verteilung und die Sammlung gesonderten Kästen zuweisen kann, sind bei allen Ausführungsbeispielen beide Funktionen in einem gemeinsamen Sammler 18 vereint.

Dieser Sammler 18 ist dann an einer Stirnseite 4 der Flachrohre 2 angeordnet, während an der anderen Stirnseite 4 der Flachrohre 2 lediglich jeweils zwischen den Fluten eine Strömungsumkehr erfolgt, hier beispielsweise durch die in Fig. 1 bildlich dargestellten Einzelnäpfe 20 oder gemäß der bildlichen Darstellung in Fig. 2 unter Integration der Umlenkfunktionen solcher Einzelnäpfe in einem gemeinsamen Umlenksammler 22. Auch die Einzelnäpfe 20 gemäß Fig. 1 können bedarfsweise zu einer Baueinheit durch nicht dargestellte Verbindungsteile integriert sein.

Bei dem Grenzfall eines einflutigen Wärmetauschers würden Näpfe 20 oder der Umlenksammler 22 durch einen nicht dargestellten Ausgangssammler ersetzt sein.

Die Mehrflutigkeit bedeutet mindestens eine Strömungsumkehr im Bereich der von den Kammern 12 gebildeten einzelnen Kanäle in jedem Flachrohr 2. Bei Zweiflutigkeit braucht dann der Napf 20 bzw. der Umlenksammler 22 keine weitere Zwischenkammerunterteilung, sondern es muß lediglich die einmalige Umlenkfunktion gewährleistet sein. Im Falle mehrflutiger Umlenkung bedarf es jeweils mindestens der im Falle der Vierflutigkeit in Fig. 2 dargestellten Zwischenwand 24, so daß in diesem Falle der Vierflutigkeit eine doppelte einfache Umlenkung im jeweiligen Napf 20 bzw. in dem jeweiligen Umlenksammler 22 erfolgt. Bei einer noch höheren Flutenanzahl muß gegebenenfalls dann die Anzahl der Zwischenwände 24 erhöht werden.

Der Sammler 18 ist grundsätzlich aus einem Rohrboden 26 und einem Deckel 28 zusammengesetzt, wobei gegebenenfalls weitere Teile zum Aufbau des Sammlers 18 vorgesehen sein können, die wenigstens zum Teil nachfolgend noch angegeben sind.

Die den Näpfen 20 bzw. den Umlenksammlern 22 abgewandten freien Enden der Flachrohre 2 greifen mit dem Innenraum des Sammlers 18 kommunizierend dicht in den Rohrboden 26 ein, der dementsprechend mit Eingriffsschlitzen sowie gegebenenfalls inneren und/oder äußeren Eingriffsstutzen versehen ist.

Da in dem Sammler 18 die Eingangsfunktion und die Ausgangsfunktion des Kältemittels vereint sind, benötigt der Sammler 18 mindestens eine zweikammerige Ausbildung, welche eine Eingangsseite von der Ausgangsseite abtrennt. Für diesen Zweck hat die allgemein mit 30 bezeichnete Kammerunterteilung mindestens einen Flachsteg in Gestalt eines Längssteges 32, welcher den mit der Zuleitung 14 kommunizierenden Eingangsbereich im Sammler 18 von einer längs des Sammlers 18 durchgehenden Austrittskammer 34 abtrennt, die mit der Ausgangsleitung 16 kommuniziert.

Bei dem Verdampfer bedarf es ferner einer möglichst gleichmäßigen Zuführung des eingangsseitigen Kältemittels zu allen Flachrohren 2. Im Grenzfall kann man jedem einzelnen Flachrohr 2 über einen sogenannten Verteiler das zugeführte Kältemittel gesondert zuführen. Meist erfolgt jedoch die Zuführung zu benachbarten Gruppen von Flachrohren, bei denen mindestens einige Gruppen eine höhere Flachrohranzahl als eins haben, wobei auch die Zahl der Flachrohre pro Gruppe wechseln kann. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 ist eine gleiche Anzahl von zwei Flachrohren pro Gruppe vorgesehen bei einer Gesamtzahl von zehn Flachrohren. Jeder Gruppe von Flachrohren wird dabei eine Eintrittskammer 36 zugeordnet, welche unmittelbar mit der betreffenden Gruppe der Flachrohre kommuniziert. Die Eintrittskammern 36 werden in der Kammerunterteilung 30 durch als Flachstege ausgebildete Querstege 38 voneinander abgeteilt.

Bei einem nicht dargestellten zweiflutigen Verdampfer gehen die Querstege 38 rechtwinklig jeweils nur von einer Seite des Längssteges 32 ab.

Bei dem dargestellten vierflutigen Verdampfer ist außer dem Längssteg 32, der an die Austrittskammer 34 angrenzt, noch ein zu diesem paralleler weiterer Längssteg 40 vorgesehen. Dieser wird von den die Eintrittskammern 36 abteilenden Querstegen bis in Anschluß an den Längssteg 32 rechtwinklig gekreuzt. In der Verlängerung der Querstege 38 zwischen den beiden Längsstegen 32 und 40 wird zwischen diesen Längsstegen jeweils eine zur außenliegenden jeweiligen Eintrittskammer 36 angrenzende innere Umlenkkammer 42 zur Umlenkung der zweiten Flut in die dritte Flut innerhalb des Sammlers 18 abgeteilt.

Bei höheren Zahlen der Fluten, die durch den Sammler 18 mit Umlenkfunktion geführt werden, erhöht sich entsprechend die Anzahl der Längsstege mit der Funktion des Längssteges 40 sowie die Anzahl der inneren Umlenkkammern 42, die dann in Querrichtung des Sammlers jeweils innenliegend auch noch nebeneinander zwischen den Eintrittskammern 36 sowie der Austrittskammer 34 eingeschachtelt sind.

Die Zuleitung 14 kommuniziert mit den einzelnen Eintrittskammern 36 jeweils über eine im Sammler 18 verlaufende eigene Zuleitung 44, die bei den Ausführungsbeispielen unterschiedlich gestaltet ist.

Meist wird bei dem fertigen Wärmetauscher der Block aus Flachrohren 2 sowie Zickzacklamellen 8 seitlich durch je ein an der jeweils äußeren Zickzacklamelle anliegendes Seitenblech 46 abgeschlossen, so daß die Seitenbleche 46 einen äußeren Rahmen für die den Wärmetauscherblock anströmende Außenluft bilden.

Die Flachrohre 2, die Zickzacklamellen 8, der Rohrboden 26 und der Deckel 28 des Sammlers mitsamt der gegebenenfalls vorgesehenen Kammerunterteilung 10 sowie die Seitenbleche 46 des Wärmetauschers bestehen, zweckmäßig ebenso wie die Zuleitung 14 und die Ausgangsleitung 16, aus Aluminium und/oder einer Aluminiumlegierung und werden einschließlich der dem Wärmetauscher benachbarten Abschnitte der Leitungsverbindungen zum fertigen Verdampfer hartgelötet.

Ohne daß die Erfindung darauf beschränkt ist, wird in der Praxis jedenfalls bei Kältemittelverdampfern für Kraftfahrzeugklimaanlagen gemäß Fig. 1 die Zuleitung 14 und die Ausgangsleitung 16, die über entsprechende Anschlußstutzen in den Sammler 18 übergehen können, an zwei entsprechende Anschlußstutzen 48 eines thermostatisch geregelten Blockventils 50 angeschlossen. Dieses weist an der nicht sichtbaren gegenüberliegenden Seite zwei weitere zuleitungsseitige und ausgangsseitige Anschlußstutzen auf.

Im folgenden werden die verschiedenen Ausführungsbeispiele mehr im Detail betrachtet:

Bei der Ausführungsform zunächst der zusammengehörigen Fig. 3 und 4 sind der Rohrboden 26 und der Deckel 28 aus mit Lot vorbeschichtetem Blech gebildet. Der freie Rand des Deckels greift dabei mit mindestens einseitiger Überlappung - in Fig. 3 ist eine zweiseitige Überlappung 52 dargestellt - in den Rohrboden 26 ein.

Gemäß Fig. 3 sind die eigenen Zuleitungen 44 der Eintrittskammern 36 in einem Verteilrohr 54 integriert, welches einen Rohrmantel 56 und eine innere sternförmige Unterteilung 58 hat, deren freie Segmente die eigenen Zuleitungen 44 bilden. Um zu ermöglichen, daß diese eigenen Zuleitungen 44 jeweils an derselben Umfangsstelle des Rohrmantels 56 in die zugehörige Eintrittskammer 36 einmünden, verläuft die sternförmige Unterteilung 58 wendel- bzw. schraubenlinienförmig. Die jeweilige eigene Zuleitung 44 kommuniziert dabei mit der zugehörigen Eintrittskammer 36 jeweils über eine im Rohrmantel 56 des Verteilrohrs 54 angeordnete Austrittsöffnung 60. Bedarfsweise kann man die jeweiligen Austrittsöffnungen 60 auch für Direkteinspritzungszwecke in die Eintrittskammer drosselartig auslegen und so dimensionieren, daß das Druckgefälle zwischen Verflüssigungs- und Verdampfungsdruck im wesentlichen abgebaut wird. In Fig. 3 ist eine Ausrichtung der Austrittsöffnung auf die Wandung der Eintrittskammer 36 gezeigt; der entsprechende Winkel kann bedarfsweise gewählt werden, ohne daß dabei auch eine direkte Ausrichtung auf die Kammern 12 der Flachrohre 2 ausgeschlossen ist.

Wie noch mehr im einzelnen aus Fig. 4 zu ersehen ist, besteht die Kammerunterteilung 30 aus den beiden Längsstegen 32 und 40 sowie den diese kreuzenden Querstegen 38 auf einem integralen Druckguß- bzw. Spritzgußteil, wobei im Rahmen der Erfindung die Begriffe Druckguß und Spritzguß synonym verstanden werden.

Unter dem Begriff sich kreuzender Flachstege der Kammerunterteilung 30 soll dabei auch der Grenzfall nur einseitiger Kreuzung verstanden werden im Sinne des nur einseitigen rechtwinkligen Anschlusses der Querstege 38 an den Längssteg 32, was ja im Falle eines zweiflutigen Wärmetauschers die ganze Kammerunterteilung 30 ausmacht.

Zur Verbindung der Kammerunterteilung 30 sowohl mit dem Deckel 28 als auch mit dem Rohrboden 26 sind die Verbindungsstellen der Längsstege 32 und 40 mit den Flachstegen 38 jeweils mit einer säulenförmigen Verstärkung 62 versehen, welche an beiden gegenüberliegenden Seiten der Kammerunterteilung 30 in nach außen sich konisch verjüngende Zapfen 64 übergehen, die zu beiden Seiten der Kammerunterteilung miteinander und mit den säulenförmigen Verstärkungen 62 fluchten. Diese Zapfen 64 sind integral an dem Druckgußstück der Kammerunterteilung 30 mit ausgebildet und dienen zur Verbindung sowohl mit dem Rohrboden 26 als auch mit dem Deckel 28, wobei in Fig. 3 eine Verbindungsart veranschaulicht ist, nämlich die der nachfolgend noch beschriebenen Fig. 6c.

In Fig. 5 ist noch eine Variante der Ausführungsform gemäß Fig. 4 dargestellt, wo zusätzlich zu den beidseitigen Zapfen 64 zwischen diesen beidseitig noch ergänzenden Zapfen 66 in gleichmäßiger rasterförmiger Zwischenschaltung zwischen den Zapfen 64 ausgebildet sind, die gegebenenfalls auch aus säulenförmigen Verstärkungen 62 der Flachstege hervorgehen können, die dann nicht an Kreuzungsstellen der Flachstege ausgebildet sind.

Wie aus Fig. 5 ferner ersichtlich ist, ist das Raster der Zapfen 64 und 66 so gewählt, daß es in das Raster der Anschlußstellen der Flachrohre 2 jeweils eingeschachtelt ist, so daß es auch mechanisch nicht zu einer ungünstigen Wechselwirkung der Zapfenverbindungen der Kammerunterteilung 30 mit dem Rohrboden einerseits und der Flachrohre 2 mit dem Rohrboden andererseits kommt. Dargestellt ist eine außermittige Einschachtelung, die jedoch auch mittig vorgesehen sein kann.

Die Fig. 6a bis 6d zeigen ohne Absicht einer abschließenden Aufzählung vier bevorzugte Verbindungsarten der Zapfen mit dem Blech des Rohrbodens 26 und/oder des Deckels 28.

Das Blech braucht in der Variante von Fig. 6a nur napfartig eingeprägt zu sein, wobei dann in die Einprägung 68 der betreffende Zapfen 64 oder 66 mit seinem konisch zulaufenden Ende eingreift und dort hartverlötet wird. Diese Anschlußweise wäre eine Übernahme der Verbindungsart der Flachstege, und zwar insbesondere der Längsstege 32 und 40, der Kammerunterteilung 30 mit dem Deckel 28 und/oder dem Rohrboden 26.

Vorzugsweise werden jedoch zur Erhöhung der Festigkeit bei Beibehaltung der Verbindung der Flachstege mit dem Rohrboden und dem Deckel gemäß Fig. 6a die Befestigungsarten der Zapfen 32 und 40 mit dem Rohrboden und Deckel gemäß Fig. 6b bis Fig. 6d verwendet, bei denen jeweils ein Zapfendurchgriff durch das Blech des Rohrbodens bzw. Deckels erfolgt. Fig. 6b zeigt dabei eine einfache Durchführung, die wiederum hartverlötet wird. In Fig. 6c ist gemäß Fig. 1 der durchgeführte Zapfen außen angestaucht, so daß er eine äußere formschlüssige hinterschneidende Verriegelung bildet. Bei der Variante gemäß Fig. 6d ist zusätzlich der bei den anderen Ausführungsformen mit Ausnahme der konischen Anschrägung gleich dick verlaufende Zapfen noch so säulenförmig verdickt, daß auch an der Innenseite des Sammlers 18 eine Hinterschneidung erfolgt, die in Verbindung mit der Anstauchung im Sinne von Fig. 6c eine vollständige Umgreifung des Bleches von Rohrboden und Deckel bewirkt. Auch bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 6b bis 6d ist die napfartige Ausformung der Fig. 6a übernommen, wobei aber zusätzlich ein Durchgriffsloch in dieser napfförmigen Ausformung vorhanden ist. Dies erhöht die Formstabilität des Blechaufbaus.

In Fig. 4 ist ferner zu sehen, daß im Bereich der Eintrittskammern 36 die Querstege 38 oben jeweils mit einer etwa halbkreisförmigen Aussparung 70 versehen sind, in welche das Verteilrohr 54 gemäß Fig. 3 eingelegt ist. Bei seiner Ausbildung aus hartlötbarem Aluminium oder einer entsprechenden Aluminiumlegierung kann dann die Verlötung des Verteilrohres in der beschriebenen Weise mit dem ganzen Wärmetauscher erfolgen.

Die Variante gemäß Fig. 2 stimmt mit der Ausführungsform gemäß den Fig. 3 und 4 mit der Ausnahme überein, daß auf das Verteilrohr 54 und die auf dieses abgestimmten Aussparungen 70 verzichtet wird. Stattdessen sind die eigenen Zuleitungen 44 zu den einzelnen Eintrittskammern 36 zusätzlich auch noch in Ergänzung des Druckgußstückes der Kammerunterteilung 30 in diesem Druckgußstück mit integral ausgebildet.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich hat hierzu der Sammler 18 in Erstreckungsrichtung der Flachrohre gesehen zwei Niveaus. Im unteren Niveau sind alle erwähnten Eintrittskammern 36 in die Gruppen von Flachrohren angeordnet. Im oberen Niveau verlaufen zusätzlich die eigenen Zuleitungen 44 zu den Kammern 36. Die Ausbildung auch dieses Bereiches in einem integralen Druckgußstück ist leicht möglich, weil in dem Druckgußstück die Eintrittskammern 36 weiterhin zur Längsseite des Sammlers 18 hin offen sind und die eigenen Zuleitungen 44 auf der den Flachrohren 2 abgewandten Seite offen sind und gegenüber den Eintrittskammern 36 lediglich durch eine die beiden Niveaus voneinander trennende Zwischenwand 72 getrennt sind, in welcher jeweils die Austrittsöffnungen 60 angeordnet sind, über deren Bemessung dasselbe gilt, wie bezüglich des Verteilrohres 54 ausgeführt wurde.

Es versteht sich, daß die eigenen Zuleitungen 44 der Eintrittskammern 36 stromaufwärts gemeinsam von dem zulaufseitigen Kältemittel gespeist werden, wie das auch bezüglich des Verteilrohres 54 gilt. Ebenso sind die eigenen Zuleitungen 44 jeweils an ihrem Ende abgeschlossen, wie das auch für das freie Ende des Verteilrohres 54 gilt.

Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen der Fig. 2 bis 6d ist mindestens die Kammerunterteilung und gegebenenfalls die Verteileinrichtung des zulaufseitigen Kältemittels auf die einzelnen Eintrittskammern in einem Druckgußteil integriert. Dieses kann grundsätzlich in einem aus Blech geformten Rohrboden 26 und Deckel 28 des Sammlers 18 als gesondertes Teil eingesetzt sein, wobei auch der Deckel und der Boden zusammen die Umfangsfläche des Sammlers 18 ganz oder überwiegend bilden. Der Deckel und/oder der Rohrboden können jedoch auch ihrerseits jeweils ein integrales Druckgußstück sein. Dieses wird anhand von Fig. 7 beschrieben, bei deren Ausführungsform mindestens der im folgenden nur betrachtete Deckel 28 selbst aus Druckguß gefertigt ist. Der Rohrboden kann dabei aus Gründen einfacher Produktion zweckmäßig wie bei den bisher beschriebenen Ausführungen aus lotbeschichtetem Blech geformt sein, aber, wie erwähnt, in nicht im einzelnen beschriebener Weise ebenfalls ein in sich integrales Druckgußstück sein. Die Ausführungsform nach Fig. 9 soll dabei nicht die anhand der Fig. 1 bis 6b beschriebene Möglichkeit ausschließen, die Kammerunterteilung 30 als eigenes Druckgußstück zu fertigen, das in einem ebenfalls für sich am Druckguß gefertigten Deckel 28 eingefügt wird und gegebenenfalls auch auf einen aus Druckguß gefertigten Rohrboden 26 zusammen mit dem Deckel 28 aufgesetzt wird.

Dabei wird es anders als bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen im Bedarfsfall sogar entbehrlich, die Kammerunterteilung 30 und die eigenen Zuleitungen 44 zu deren Eintrittskammern 36 in einem gesonderten Bauteil zu formen. Vielmehr können die Kammerunterteilung und die Verteileinrichtung mit den einzelnen eigenen Zuleitungen 44 sogar vollständig im Aufbau des Deckels integriert sein, und zwar weitestgehend in dessen integralem Druckgußstück.

Unbeschadet dieser Möglichkeit können die eigenen Zuleitungen 44 aber auch gemäß Fig. 3 in einem gesonderten Verteilrohr 54 angeordnet sein, das z.B. als eigenes Bauteil im Sammler eingebaut und z.B. gemäß Fig. 4 auf den halbkreisförmigen Aussparungen 70 der Kammerunterteilung 30 aufgelegt ist. Dabei können Deckel 28, Rohrboden 26, Kammerunterteilung 30 und Verteilrohr 54 gesonderte Bauteile sein.

Bei allen Ausführungsformen der Erfindung, bei denen Druckgußstücke in Betracht gezogen sind, kommt man ohne Lotbeschichtung dieser Druckgußstücke selbst aus, wenn man die Anschlußteile ihrerseits lotbeschichtet ausführt, wie etwa die Zuleitung 14, die Ausgangsleitung 16, den Deckel 28 sowohl in Ausführung aus Blech als auch in Ausführung als Druckgußstück sowie, wie schon erwähnt, das lotbeschichtete Blech des Rohrbodens.

Eine Ausbildungsart des Deckels 28 als Druckgußteil läßt sich z.B. auf die Variante gemäß Fig. 2 übertragen, wo die eigenen Zuleitungen 44 nur im Bereich der Eintrittskammern 36 angeordnet sind und im Deckel bedarfsweise mit integriert sein können. Die eigenen Zuleitungen 44 können aber im Grenzfall bis an den an die Austrittskammer 34 angrenzenden Längssteg 32 heranreichen und dabei bedarfsweise im Druckgußteil des Deckels 28 mit integriert sein.

Zuleitung 14 und Ausgangsleitung 16 sind bei den beschriebenen Ausführungsformen wie in Fig. 1 stirnseitig am Sammler 18 bzw. an dessen Deckel 28 angeordnet. Ebenso kann man aber auch eine Anordnung jedenfalls der Ausgangsleitung 16 an der Längsseite des Sammlers, insbesondere an dessen Mitte, vorsehen.

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform des Deckels 28, bei der die Strömungsmittelverteilung auf die einzelnen eigenen Zuleitungen 44 zu den Eintrittskammern 36 in bevorzugter Weise gestaltet ist.

Hierbei ist ein thermostatisch geregeltes Einspritzventil 86 teilweise in die Gestaltung des Deckels 28 als Druckgußteil mit einbezogen und nimmt somit mit seinem wesentlichen Bauteil außerhalb des Verdampfers keinen eigenen Einbauraum mehr ein, wie das noch bei der Ausgestaltung als Blockventil 50 in Fig. 1 der Fall ist.

Insbesondere ist von dem Druckgußteil des Deckels 28 das Gehäuse 88 des Einspritzventils 86 mit gebildet.

Die anderen Bauteile des Einspritzventils sind aus handelsüblichen Elementen gebildet. Speziell ist in Nachbarschaft der zulaufseitigen Stirnseite des Sammlers 18 an dessen Längsseite im Druckgußteil eine Gewindebohrung 90 ausgespart, die in Nachbearbeitung durch Ausdrehen gewonnen ist und in die unter Umfangsabdichtung durch eine O-Ringdichtung 92 eine Einstellschraube 94 verschieden weit einschraubbar ist. Diese Einstellschraube 94 bildet mit einer an ihrer inneren Stirnseite ausgebildeten Höhlung einen Aufnahmeraum für die Ventilfeder 96, die an ihrer innenliegenden Seite von einem Ventilkäfig 98 gehalten ist, der an seiner der Ventilfeder abgewandten Stirnseite ein kugelförmiges Ventilelement 100 trägt, welches mit einem Ventilsitz 102 zusammenwirkt.

Das Ventilelement ist von der Ventilfeder 96 in Schließstellung der vom Ventilsitz umgebenen Ventilöffnung 104 vorgespannt und steuert den Verbindungsquerschnitt zwischen der Zuleitung 14 und einem Mischraum 106, welcher den Eintrittsöffnungen eigenen Zuleitungen 44 zu den Eintrittskammern 36 vorgeordnet ist. Im Druckgußteil ist auch eine Leitfortsetzung 108 mit ausgebildet, welche in den Mischraum 106 schräg hineinragt und eine Verteilfunktion auf die einzelnen Zuleitungen 44 hat. Eine Prallfunktion wird durch die Drosselfunktion am Einspritzventil mit übernommen.

Axial der Gewindebohrung 90 gegenüber ist in dem Druckgußteil eine weitere Gewindebohrung 110 zur Aufnahme des Thermokopfes 112 ausgespart, der mit der Austrittskammer 34 kommuniziert. Hierzu ist der Thermokopf über einen abgestuften Ventilstift 114 mit dem kugelförmigen Ventilelement 100 verbunden, wobei der Ventilstift Spiel gegenüber der inneren Öffnung der Gewindebohrung 110 hat, so daß die Strömungsverbindung zwischen der Austrittskammer 34 und dem Thermokopf gewährleistet bleibt. Je nach der Temperatur des den Thermokopf beaufschlagenden austretenden Kältemittels der Austrittskammer 34 wird das Einspritzventil mehr oder weniger geöffnet, so daß sich eine Einstellung auf eine konstante, durch die Einschraubtiefe der Einstellschraube 94 bestimmte Temperatur einstellt.

Die Zuleitung 14 und die Ausgangsleitung 16 weisen einen gemeinsamen Anschlußflansch 116 auf, der mittels Befestigungsschrauben 118 in sackförmige Gewindebohrungen 120 an der Außenseite des Druckgußstücks eingreift.

Claims (20)

1. Sammler eines Wärmetauschers, insbesondere Flachrohrwärmetauschers, für Kraftfahrzeuge mit mindestens zweiteiligem Aufbau des Sammlers aus einem Rohrboden (26) und einem Deckel (28), die gemeinsam, gegebenenfalls mit mindestens einem weiteren Bauteil, das in sich hartverlötete Gehäuse des Sammlers (18) bilden, wobei im Sammler (18) eine Kammerunterteilung (30) aus sich kreuzenden Flachstegen (32, 40, 38) angeordnet ist und wobei der Rohrboden (26), der Deckel (28) und/oder die Kammerunterteilung (30) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht bzw. bestehen,
      dadurch gekennzeichnet, daß
   die Kammerunterteilung (30) für sich ein Druckgußteil aus AlMn 1,6 oder AlSi 0,5 Mg ist, das in das Gehäuse des Sammlers (18) hartverlötet eingesetzt ist.
2. Sammler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den freien Rändern der Kammerunterteilung (30) Zapfen (64/66) mit ausgebildet sind, welche zur Verbindung mit dem Rohrboden (26) bzw. dem Deckel (28) vorgesehen sind.
3. Sammler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den freien Rändern der Kammerunterteilung (30) Zapfen (64/66) sowohl zur Verbindung mit dem Rohrboden (26) als auch mit dem Deckel (28) vorgesehen sind.
4. Sammler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (64/66) für die Verbindung mit dem Rohrboden (26) und die Zapfen (64/66) für die Verbindung mit dem Deckel (28) miteinander fluchten.
5. Sammler nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (64/66) von Verbindungsstellen zwischen Flachstegen (32, 40, 38) der Kammerunterteilung (30) mit der umlaufenden Gehäusewand und/oder Kreuzungsstellen von Flachstegen (32, 40, 38) der Kammerunterteilung (30) ausgehen.
6. Sammler nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (64/66) an der Kammerunterteilung (30) in, vorzugsweise mittiger, Einschachtelung in die Zwischenräume des Anordnungsrasters der Flachrohre (2) im Rohrboden (26) angeordnet sind.
7. Sammler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachstege (32, 40, 38) der Kammerunterteilung (30) am Anschlußort dieser Zapfen (64/66) säulenförmig verstärkt sind.
8. Sammler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Verbindungsstellen zwischen Flachstegen (32, 40, 38) der Kammerunterteilung (30) mit der umlaufenden Gehäusewand und/oder Kreuzungsstellen von Flachstegen der Kammerunterteilung (30) säulenförmig verstärkt ausgebildet sind.
9. Sammler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die säulenförmigen Verstärkungen in Zapfen (64/66) übergehen.
10. Sammler nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (64/66) konisch zulaufen.
11. Sammler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Flachstege (32, 40, 38) der Kammerunterteilung (30) im Bereich von 0,6 bis 1,5 mm, vorzugsweise von 1,0 bis 1,3 mm, liegt.
12. Sammler nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (28) und/oder der Rohrboden (26) mitsamt jeweils umlaufender Gehäusewand (jeweils) ein integrales Druckgußteil aus einem lötbaren Werkstoff ist bzw. sind.
13. Sammler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammerunterteilung (30) und die umlaufende Gehäusewand gleiche Höhe haben.
14. Sammler nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß an den freien Rändern der umlaufenden Gehäusewand im jeweiligen Druckgußteil Zapfen (64/66) mit ausgebildet sind, welche zur Verbindung mit dem Rohrboden (26) bzw. dem Deckel (28) vorgesehen sind.
15. Sammler nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei Fertigung des Deckels (28) als Druckgußteil der Rohrboden (26) und bei Fertigung des Rohrbodens (26) als Druckgußteil der Deckel (28) aus Blech geformt ist.
16. Sammler nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech wenigstens einseitig lotbeschichtet ist.
17. Sammler nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Gehäusewand des Druckgußteils in das Blechteil, gegebenenfalls eine Lotverbindungsschicht mit diesem, formschlüssig eingreift.
18. Sammler nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Gehäusewand des Druckgußteils in einen umlaufenden Kragen des Blechteils eingreift.
19. Sammler nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Gehäusewand des Druckgußteils in eine vom Blechteil gebildete umlaufende Rille (52) eingreift.
20. Sammler nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des Gehäuses des Sammlers (18) im Bereich von 1,0 bis 2,0 mm, vorzugsweise von 1,2 bis 1,5 mm, liegt.

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