EP1391676A2 - Wärmeaustauscher und Verfahren zur Herstellung - Google Patents

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EP1391676A2
EP1391676A2 EP03016100A EP03016100A EP1391676A2 EP 1391676 A2 EP1391676 A2 EP 1391676A2 EP 03016100 A EP03016100 A EP 03016100A EP 03016100 A EP03016100 A EP 03016100A EP 1391676 A2 EP1391676 A2 EP 1391676A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
edges
heat exchanger
connection
longitudinal
tube sheets
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03016100A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernhard Dipl.-Ing. Lamich
Stanislaus Dipl.-Ing. Lesjak
Viktor Dipl.-Ing. Brost
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Modine Manufacturing Co
Original Assignee
Modine Manufacturing Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Modine Manufacturing Co filed Critical Modine Manufacturing Co
Publication of EP1391676A2 publication Critical patent/EP1391676A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0202—Header boxes having their inner space divided by partitions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/001—Casings in the form of plate-like arrangements; Frames enclosing a heat exchange core
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0219—Arrangements for sealing end plates into casing or header box; Header box sub-elements
    • F28F9/0224—Header boxes formed by sealing end plates into covers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2220/00—Closure means, e.g. end caps on header boxes or plugs on conduits
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/4935—Heat exchanger or boiler making
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/4935—Heat exchanger or boiler making
    • Y10T29/49373—Tube joint and tube plate structure

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger for motor vehicles, according to the Preamble of claim 1 and a method for producing the Heat exchanger according to the preamble of claim 9.
  • the heat exchanger is known from EP 1 004 841 A2.
  • the process reliable Manufacture of the heat exchanger is sometimes not guaranteed because it is not what is said is how the connection areas, which are difficult to master in terms of soldering technology between the tube sheet, the side part and the caps of the front open collection boxes should be formed.
  • the items are out Solder-coated aluminum sheet has been produced, which is used for heat exchangers be put together.
  • Heat exchangers for automotive radiators have been part of the process for many decades State of the art and have both what their process-safe manufacturability concerns as well as proven in all their functional properties.
  • Example was described in German utility model 7 229 162, even if there the tube sheets were divided into many small segments.
  • the collection boxes are made of plastic and on the circumferential edge mechanically attached to the tube sheet. Because the edge has a clear protrusion over the cooling network of flat tubes and corrugated fins, need such Relatively large installation space. Furthermore, recycling is due to the use different materials difficult.
  • a coolant condenser is described in DE 195 36 999 A1. Are there too the caps mentioned above for closing the front openings of the Collection boxes available. Because the coolant condenser sockets are in two parts, one part can be regarded as a tube sheet, because it has Openings in which the ends of the flat tubes are arranged and the other part can be seen as a box. Both parts are in one Solder edge connected.
  • the object of the invention is to provide a heat exchanger for Motor vehicles with the features of the preamble, which are further developed in this way should be that the reliable production is guaranteed, the required installation space for the heat exchanger should remain small.
  • the at least one bending edge of the connecting edges and / or the folded edges located within the connection between the side part or the sealing cap and the tube sheet and the longitudinal wall of the collecting box should have a smaller bending radius than outside the connection, the inside of the Connection existing sheet thickness of the side part or the closure cap should be smaller than outside the connection.
  • the inventors very specifically use tube sheets for their heat exchanger, because they see it as justifiable to increase the weight of the motor vehicle radiator (slightly) compared to the heat exchangers described without tube sheets, because they achieve decisive progress in terms of manufacturability and already existing machines and systems to be able to use.
  • the tube sheets can have two bevelled connection longitudinal edges and two bevelled connection cross edges, the sheet metal thickness of the tube sheets inside the connection being smaller than outside the connection.
  • the longitudinal connection and the transverse connection edges of the tube sheets can be folded in the direction of the collecting box or in the direction of the flat tubes.
  • the tube sheets can also have only two have folded connecting longitudinal edges, the connecting transverse edges are executed without a bevel, so that the sheet thickness of the Tube sheets are available.
  • the side parts can be designed with extensions that as Caps work, or the side parts and caps are individual parts.
  • the at least one bending edge of the connecting edges and / or the edges lying within the connection between the side part or the sealing cap and the tube sheet and the longitudinal wall of the collecting tank is provided with a smaller bending radius than outside the connection, for which purpose the inside the existing sheet thickness at the bending edge of the connection is reduced compared to the sheet thickness outside the connection and that the smaller bending radii or the reduced sheet thickness are produced in a forming operation following the manufacture of the parts before they are assembled into the heat exchanger.
  • the sheet thickness can be reduced on both legs forming a bending edge or only on one of the two legs.
  • tube sheets 3 are present, as are shown in FIG. 4.
  • the tube sheets 3 were only shown in a cutout, but they have two opposite connecting longitudinal edges 5 and two opposite connecting transverse edges 15 , so that the corner regions A , B , C and D are present.
  • the connecting edges 5 and 15 are directed towards the flat tubes 1 or folded.
  • openings 4 in a known manner, which are to later accommodate the ends of the flat tubes 1 .
  • the bending radius (outside) should preferably not be greater than 0.8 mm, so that a definable, very small open cross section is formed on the assembled heat exchanger at point P (FIG. 1), which can be closed without problems during the subsequent soldering.
  • the inside of the longitudinal edges 7 and 8 of the collecting boxes 6 is coated with solder, so that a sufficient amount of solder is available to close the small, open cross section.
  • larger open cross sections could be easily sealed by adding solder. 2 and 4 of GB 20 98 313, relatively large open cross sections can be seen.
  • the sheet thickness a in both legs of the respective bending edge 30 was reduced both on the tube sheets 3 and on the side parts 9 , 10 in order to realize the smaller bending radius.
  • the side parts 9, 10 of this embodiment are extended and therefore have the caps 13 with the beveled edge 14 .
  • the collecting boxes 6 are very simple and inexpensive to produce, because it is in principle a sheet bent on both sides, the two bends representing the longitudinal walls 7 and 8 of the collecting boxes 6 .
  • the collecting boxes 6 are open towards the front ends.
  • closure caps 13 are slightly bent relative to the side parts 9, 10 in order to facilitate the assembly of the heat exchanger, in particular the mounting of the tube sheets 3 onto the ends of the flat tubes 1 , which were previously packaged with the corrugated fins 2 are. Then the side parts 9, 10 are attached and the tube sheets 3 are drawn on. The above-mentioned bending of the closure caps 13 has been indicated in FIG. 3 by a dashed line. Finally, it can be seen from FIG. 2 that the flat tubes 1 or the openings 4 in the tube sheet 3 , which openings are adapted to the flat tubes 1 , approach the connecting longitudinal edges 5 of the tube sheet 3 .
  • the overall depth of the heat exchanger is only insignificantly greater than the depth that can be used for heat exchange, so that the space required for the heat exchanger in the motor vehicle can be used very efficiently.
  • the flat tubes 1 preferably have no deformations at the ends, which contributes to cost-effective production.
  • the exemplary embodiment shown in FIGS. 6, 7 and 8 differs from the exemplary embodiment described in that other tube sheets 3 have been provided. These tube sheets 3 are shown in FIG. 6. Further possible variations of the tube sheets 3 can be seen from FIG. 10.
  • the tube sheets 3 from FIG. 6 have two connecting longitudinal edges 5 bent towards the collecting tank 6 .
  • the connecting transverse edges 15 are designed without a bevel.
  • the sheet thickness of the tube sheets 3 is approximately 1.5 mm.
  • This thickness is sufficient to ensure, as was shown in FIGS. 7 and 8, a firm and tight solder connection to the closure caps 13 and the longitudinal edges 7, 8 of the collecting boxes 6 .
  • the thinning of the sheet thickness or the reduction of the bending radius was only carried out in the bending edges 30 of the closure caps 13 because a relatively sharp-edged design is already present in the corner regions A, B, C, D of the tube sheet 3 .
  • the exemplary embodiment from FIG. 9 has individual closure caps 13 with a beveled edge 14 and consequently also side parts 9, 10 , which are individual parts.
  • the sealing caps 13 were partially thinned in their bending edge 30 towards the edge 14 in order to reduce the bending radius compared to the rest of the bending radius.
  • tube sheets 3 as shown in FIG. 4, were used, the ends of the side parts 9, 10 being encompassed by the cross-connecting edge 15 of the tube sheets 3 .
  • the corner areas A, B, C, D have been designed as shown and described in FIG. 1, so that solid and tight soldered connections can also be expected in these problem areas.
  • tube sheets 3 were used, which can be seen in the picture at the top of FIG. 10, that is, tube sheets 3 without a bent connecting transverse edge 15 , the two longitudinal connecting edges 5 being directed towards the flat tubes 1 .
  • the connecting edges 15 of the tube sheets 3 do not have any bends, excellent soldered connections can also be expected here, because the bent edge 14 running around the entire circumference of the sealing caps 13 ensures this. It is irrelevant whether the edge 14 faces outwards, as shown, or also inwards, into the collecting box 6.
  • FIGS. 14 a and 14b show examples of how the thinning of the sheet thickness in the bending edge 30 can be formed within the connection 31 described.
  • a thinning was provided only in one leg 5 of the bending edge 30 in the tube sheet 3 , which already leads to a sufficient reduction in the bending radius.
  • the bending edge 30 on the side parts 9, 10 or on the bent edge of the closure cap 13 was not reduced in these exemplary embodiments.
  • the plate thickness b of the tubesheets 3 and that of a side of the parts 9, 10 or the cap 13 may be approximately the same size.
  • the sheet thickness a or b has been reduced by approximately 1/3, as shown in FIGS. 14a and 14b.
  • the size of the selected outer bending radius also depends on whether only one bending edge 30 is provided with a smaller bending radius, as shown in FIGS. 5 and 14, or whether both bending edges 30 have a reduced bending radius .
  • reducing the bending radius or sheet thickness a, b one can go as far as the production-technically feasible limit, with the person skilled in the art of course not choosing any radii smaller than necessary.
  • the bending edges to the bent longitudinal edges 11, 12 have a smaller bending radius.
  • an inward bend is shown transversely to the longitudinal direction of the side parts 9, 10 , which in the second illustration points outward.
  • the longitudinal edges 11, 12 can be formed continuously or can also be cut out.
  • training 20 can be provided in a known manner in order to permit the expansion of the side parts 9, 10 under the influence of temperature fluctuations.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher und ein Herstellungsverfahren, wobei der Wärmeaustauscher für Kraftfahrzeuge aus Flachrohren (1), aus Wellrippen (2), aus Rohrböden (3), mit Öffnungen (4) zur Aufnahme der Enden der Flachrohre (1), und mit zwei abgekanteten Verbindungslängsrändern (5) sowie mit vier Eckbereichen (A, B, C, D), besteht und aus Sammelkästen (6) mit zwei Längswänden (7, 8) zur Verbindung mit den Verbindungslängsrändern (5), aus Seitenteilen (9, 10) mit Längsrändern (11, 12) und ferner aus Verschlusskappen (13) zum Verschluss der seitlichen Öffnungen der Sammelkästen (6), wobei die Verschlusskappen (13) einen abgekanteten Rand (14) aufweisen und wobei sämtliche Teile aus Aluminiumblech hergestellt sind, das zweckmäßig mit Lot beschichtet ist um mittels eines Lötprozesses verbunden zu sein. Die prozesssichere Herstellung des Wärmeaustauschers wird wesentlich verbessert wenn erfindungsgemäß vorgesehen wird, dass in den vier Eckbereichen (A, B, C, D), die innerhalb der Verbindung zwischen dem Seitenteil (9 oder 10) oder der Verschlusskappe (13) und dem Rohrboden (3) und der Längswand (7 oder 8) des Sammelkastens (6) liegende wenigstens eine Biegekante der Verbindungsränder (5, 15) und / oder der abgekanteten Ränder (14) einen kleineren Biegeradius aufweist als außerhalb der Verbindung bzw. der Eckbereiche (A, B, C, D), wobei die innerhalb der Verbindung vorhandene Blechdicke (a oder b) an wenigstens der einen Biegekante kleiner ist als außerhalb der Verbindung. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren sieht vor, dass die innerhalb der Verbindung zwischen dem Seitenteil (9, 10) oder der Verschlusskappe (13) und dem Rohrboden (3) und der Längswand (7, 8) des Sammelkastens (6) liegende wenigstens eine Biegekante der Ränder (11, 12, oder 14) mit einem kleineren Biegeradius versehen wird als außerhalb der Verbindung, wozu die innerhalb der Verbindung vorhandene Blechdicke (a, b) an wenigstens der einen Biegekante gegenüber der außerhalb der Verbindung vorhandenen Blechdicke (a, b) reduziert wird und dass die kleineren Biegeradien bzw. die reduzierte Blechdicke in einem der Herstellung der Teile folgenden Umformarbeitsgang vor deren Zusammensetzung zum Wärmeaustauscher hergestellt werden. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher für Kraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung des Wärmeaustauschers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
Der Wärmeaustauscher ist aus dem EP 1 004 841 A2 bekannt. Die prozesssichere Herstellung des Wärmeaustauschers ist dort teilweise nicht gewährleistet, weil nicht gesagt ist, wie die löttechnisch schwierig zu beherrschenden Verbindungsbereiche zwischen dem Rohrboden, dem Seitenteil und den Verschlusskappen der stirnseitigen offenen Sammelkästen ausgebildet sein sollen. Die Einzelteile sind aus lotbeschichtetem Aluminiumblech hergestellt worden, die zum Wärmeaustauscher zusammengesetzt werden.
Wärmeaustauscher für Kraftfahrzeugkühler gehören seit vielen Jahrzehnten zum Stand der Technik und haben sich sowohl was ihre prozesssichere Herstellbarkeit betrifft als auch bezüglich ihrer Funktionseigenschaften rundherum bewährt. Ein Beispiel wurde im deutschen Gebrauchsmuster 7 229 162 beschrieben, auch wenn dort die Rohrböden in viele kleine Segmente aufgeteilt wurden.
Oftmals sind die Sammelkästen jedoch aus Kunststoff und am umlaufenden Rand des Rohrbodens mechanisch befestigt. Da der Rand einen deutlichen Überstand über das Kühlnetz aus Flachrohren und Wellrippen aufweist, benötigen solche Ausführungen relativ viel Einbauraum. Ferner ist das Recycling wegen des Einsatzes unterschiedlicher Werkstoffe erschwert.
Es gab und gibt viele Vorschläge und ebenfalls bereits im Einsatz befindliche, komplett aus Aluminium bestehende Wärmeaustauscher für Kraftfahrzeuge, bei denen das Gewicht und der erforderliche Einbauraum des Kraftfahrzeugkühlers durch das Weglassen der Rohrböden weiter reduziert wurde. Lediglich stellvertretend sei hier auf die DE 38 34 822 A1 hingewiesen. Solche Lösungen erfordern die Umformung der Enden der Flachrohre, um sie mit den Wänden der Sammelkästen dicht verbinden zu können. Der Herstellungsprozess hat bei solchen Wärmeaustauschern noch nicht die Qualität erreicht, die man sich wünschen würde. Insbesondere ist die dichte Lötverbindung problematisch und nicht zu vernachlässigen ist auch der durch die Umformung der Rohrenden verursachte Herstellungsaufwand sowie der notwendige Einsatz hochwertiger Werkstoffe mit sehr guten Umformeigenschaften. In dem genannten Dokument, aber beispielsweise auch in der DE 197 22 098 A1, wurde in vorteilhafter Weise weiterhin vorgesehen, die Seitenteile an den beiden Enden zu verlängern und mit diesen Verlängerungen die stirnseitigen Enden der Sammelkästen zu verschließen. Mit dieser Maßnahme wurde eine weitere Verringerung der Anzahl der Einzelteile erreicht und vor allem muss zur Herstellung der Sammelkästen kein aufwendiges Tiefziehwerkzeug vorgesehen werden, weil die Sammelkästen lediglich zwei in Längsrichtung verlaufende Abkantungen aufweisen müssen, was mit einem relativ einfachen Biegewerkzeug realisierbar ist.
In der DE 1 277 282 ist ein Wärmeaustauscher beschrieben, dessen Sammelkästen ein im Querschnitt rechteckförmiges Profil darstellen. Die Flachrohrenden sind umgeformt worden, um sie in dem Profil verlöten zu können. Die stirnseitigen Öffnungen der Sammelkästen sind durch einzelne Kappen verschlossen. Ein Rohrboden als Einzelteil wurde dort nicht vorgesehen.
In der DE 195 36 999 A1 ist ein Kühlmittelverflüssiger beschrieben. Auch dort sind die vorstehend erwähnten Kappen zum Verschließen der stirnseitigen Öffnungen der Sammelkästen vorhanden. Da die Sammelkästen des Kühlmittelverflüssigers zweiteilig sind, kann das eine Teil als Rohrboden angesehen werden, denn es hat Öffnungen, in denen die Enden der Flachrohre angeordnet sind und das andere Teil kann als Kasten angesehen werden. Beide Teile sind an einem gemeinsamen Lötrand verbunden.
Im EP 0 882 940 A2, in dem ein Kondensator für eine Klimaanlage beschrieben ist, sind Seitenteile vorhanden, deren Enden in je einem Schlitz stecken, der an den Enden von Sammelrohren vorgesehen ist. Die Enden verschließen jedoch nicht den gesamten Querschnitt der Sammelrohre. Damit soll lediglich erreicht werden, dass der Zusammenhalt des Wärmeaustauschers verbessert ist. Da die Sammelkästen als Rohre ausgebildet sind, hat dieser Wärmeaustauscher keine Rohrböden als Einzelteil, wie es im Oberbegriff angegeben ist.
Diese am Beispiel von Kondensatoren kurz skizzierte Entwicklungsrichtung wurde jedoch bei Wärmeaustauschern für Kraftfahrzeuge, wie Wasserkühler oder Ladeluftkühler, nicht weiterverfolgt, denn dort geht man in die weiter oben beschriebene Richtung und verzichtet auf die Rohrböden, womit eine ebenfalls lange bekannte Entwicklungsrichtung erneut aufgegriffen und verfolgt wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Wärmeaustauschers für Kraftfahrzeuge mit den Merkmalen des Oberbegriffs, die derart weitergebildet werden sollen, dass die prozesssichere Herstellbarkeit gewährleistet ist, wobei der erforderliche Einbauraum für den Wärmeaustauscher klein bleiben soll.
Die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich bezüglich des Wärmeaustauschers aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren steht im Kennzeichen des Anspruchs 9.
In den vier Eckbereichen der Rohrböden soll die innerhalb der Verbindung zwischen dem Seitenteil oder der Verschlusskappe und dem Rohrboden und der Längswand des Sammelkastens liegende mindestens eine Biegekante der Verbindungsränder und / oder der abgekanteten Ränder einen kleineren Biegeradius aufweisen als außerhalb der Verbindung, wobei die innerhalb der Verbindung vorhandene Blechdicke des Seitenteils oder der Verschlusskappe kleiner sein soll als außerhalb der Verbindung. Dadurch wurden die löttechnisch schwierig zu beherrschenden Eckbereiche der Rohrböden wesentlich verbessert, wodurch die gesamte Herstellbarkeit des Wärmetauschers hinsichtlich Prozesssicherheit deutlich verbessert wurde. An diesen Stellen kam es in der Vergangenheit oftmals zu undichten oder nicht haltbaren Lötverbindungen, was nach der Erfindung nicht mehr der Fall sein wird.
Die Erfinder verwenden ganz gezielt Rohrböden für ihren Wärmeaustauscher, denn sie sehen es als vertretbar an, das Gewicht des Kraftfahrzeugkühlers gegenüber den beschriebenen Wärmeaustauschern ohne Rohrböden (geringfügig) zu erhöhen, weil sie damit einen entscheidenden Fortschritt bezüglich der Herstellbarkeit erreichen und ohnehin vorhandene Maschinen und Anlagen benutzen können.
Die Rohrböden können gemäß den Ansprüchen 2 und 3 zwei abgekantete Verbindungslängsränder und zwei abgekantete Verbindungsquerränder aufweisen, wobei die Blechdicke der Rohrböden innerhalb der Verbindung kleiner ist als außerhalb der Verbindung.
Die Verbindungslängs - und die Verbindungsquerränder der Rohrböden können in Richtung zum Sammelkasten oder in Richtung zu den Flachrohren abgekantet sein.
Im Unterschied dazu können die Rohrböden aber auch gemäß Anspruch 4 nur zwei abgekantete Verbindungslängsränder aufweisen wobei die Verbindungsquerränder ohne Abkantung ausgeführt sind, so dass zur Verbindung die Blechdicke der Rohrböden zur Verfügung steht.
Die Seitenteile können mit Verlängerungen ausgebildet sein, die als Verschlusskappen wirken, oder die Seitenteile und die Verschlusskappen sind einzelne Teile.
Gemäß dem Herstellungsverfahren ist vorgesehen, dass die innerhalb der Verbindung zwischen dem Seitenteil oder der Verschlusskappe und dem Rohrboden und der Längswand des Sammelkastens liegende wenigstens eine Biegekante der Verbindungsränder und/oder der Ränder mit einem kleineren Biegeradius versehen wird als außerhalb der Verbindung, wozu die innerhalb der Verbindung vorhandene Blechdicke an der Biegekante gegenüber der außerhalb der Verbindung vorhandenen Blechdicke reduziert wird und dass die kleineren Biegeradien bzw. die reduzierte Blechdicke in einem der Herstellung der Teile folgenden Umformarbeitsgang vor deren Zusammensetzung zum Wärmeaustauscher hergestellt werden.
Die Reduzierung der Blechdicke kann an beiden eine Biegekante bildenden Schenkeln oder lediglich an einem der beiden Schenkel vorgenommen werden.
Es ist auch möglich die Reduzierung der Blechdicke und die scharfkantige Ausbildung der Kanten beispielsweise lediglich in den Eckbereichen der Rohrböden vorzunehmen und den abgekanteten Rand der Verschlusskappen ohne Reduzierung der Blechdicke zu gestalten. Solche Variationen hängen vom Einzelfall ab, dass heißt beispielsweise davon, wieviel Lot im Eckbereich zur Verfügung steht und ob das Lotangebot ausreicht, um den verbleibenden Spalt gut zu schließen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen beschrieben, wozu auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen wird. Es zeigen:
  • Fig. 1 Ausschnitt eines Eckbereiches;
  • Fig. 2 Schnitt B - B aus Fig. 3;
  • Fig. 3 Teillängsschnitt durch den Wärmeaustauscher;
  • Fig. 4 Teilansicht auf den Rohrboden einer ersten Ausführungsform;
  • Fig. 5 Ausschnitt eines Eckbereiches in einer veränderten Ausführungsform;
  • Fig. 6 Teilansicht auf den Rohrboden einer zweiten Ausführungsform;
  • Fig. 7 Teillängsschnitt durch den Wärmeaustauscher mit dem Rohrboden aus Fig. 6;
  • Fig. 8 Schnitt H - H aus Fig. 7;
  • Fig. 9 Teilansicht auf einen Wärmeaustauscher mit dem Rohrboden aus Fig. 4 und einzelnen Seitenteilen und Verschlusskappen;
  • Fig. 10 drei verschiedene Ausführungen des Rohrbodens;
  • Fig. 11 Teillängsschnitt durch den Wärmeübertrager gemäß einer nächsten Ausführungsform;
  • Fig. 12 Schnitt J - J aus Fig. 11;
  • Fig. 13 Einzelheit W aus Fig. 12;
  • Fig. 14 a, b Einzelheit W in einer anderen Ausführung;
  • Fig. 15 fünf verschiedene Gestaltungen von Seitenteilen mit Verschlusskappen;
    • In dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 bis 3 sind Rohrböden 3 vorhanden, wie sie in Fig. 4 abgebildet sind. Die Rohrböden 3 wurden nur in einem Ausschnitt gezeigt, aber sie besitzen zwei gegenüberliegende Verbindungslängsränder 5 und zwei gegenüberliegende Verbindungsquerränder 15, so dass die Eckbereiche A, B, C und D vorhanden sind. Die Verbindungsränder 5 und 15 sind zu den Flachrohren 1 hin gerichtet bzw. abgekantet. In den Rohrböden 3 befinden sich in bekannter Weise Öffnungen 4, die später die Enden der Flachrohre 1 aufnehmen sollen. Nachdem die Rohrböden 3 und die Seitenteile 9 und 10 in bekannter Weise aus lotbeschichtetem Aluminiumblech ausgeschnitten und durch umformtechnische Operationen hergestellt worden sind, werden sie in einem folgenden Arbeitsgang partiell mit kleineren Biegeradien versehen. Dies geschieht mit einem geeigneten Druck - oder Prägestempel in einem entsprechend ausgebildeten Unterwerkzeug, wobei die Blechdicke a des Seitenteils 9 und 10 innerhalb der später herzustellenden Verbindung 31 und auch die Blechdicke des Rohrbodens 3 in seinen Eckbereichen A, B, C, D entsprechend reduziert wird. (nicht gezeigt, weil dem Fachmann geläufig) Dadurch ergibt sich ein geringerer Biegeradius in den Eckbereichen A, B, C und D (Biegekanten) des Rohrbodens 3 und in den Biegekanten 30 an den abgebogenen Längsrändern 11 und 12 der Seitenteile 9 und 10 bzw. an dem Rand 14 der Verschlusskappe 13. Der Biegeradius (außen) soll vorzugsweise nicht größer als 0,8 mm sein, so dass sich am zusammengefügten Wärmeaustauscher im Punkt P (Fig. 1) ein bestimmbarer sehr kleiner offener Querschnitt ausbildet, der ohne Probleme beim nachfolgenden Löten verschlossen werden kann. Beispielsweise ist die Innenseite der Längsränder 7 und 8 der Sammelkästen 6 mit Lot beschichtet, so dass eine ausreichende Menge an Lot zur Verfügung steht, um den kleinen, offenen Querschnitt zu verschließen.
    Bei der Anwendung von inzwischen veralteten Lötverfahren konnten größere offene Querschnitte durch Zugabe von Lot einfach abgedichtet werden. In den Fig. 2 und 4 der GB 20 98 313 sind relativ große offen Querschnitte erkennbar. Die moderneren, wirtschaftlicheren und umweltfreundlicheren Lötverfahren lassen diese Vorgehensweise nicht zu, weshalb konstruktive Maßnahmen getroffen werden müssen, und mit der vorliegenden Erfindung auch getroffen wurden, um dem zu entsprechen.
    Wie insbesondere aus der Fig. 1 gut zu sehen ist, wurde in diesem Ausführungsbeispiel sowohl an den Rohrböden 3 als auch an den Seitenteilen 9, 10 die Blechdicke a in beiden Schenkeln der jeweiligen Biegekante 30 reduziert, um den geringeren Biegeradius zu realisieren. Die Seitenteile 9, 10 dieses Ausführungsbeispiels sind verlängert und weisen deshalb die Verschlusskappen 13 mit dem abgekanteten Rand 14 auf. (Fig. 2) Die Sammelkästen 6 sind sehr einfach und kostengünstig herstellbar, weil es sich dabei im Prinzip um ein beidseitg abgekantetes Blech handelt, wobei die beiden Abkantungen die Längswände 7 und 8 der Sammelkästen 6 darstellen. Die Sammelkästen 6 sind zu den stirnseitigen Enden hin offen. Die offenen Enden werden mittels der erwähnten Verschlusskappen 13 verschlossen. Für dieses Ausführungsbeispiel ist noch nennenswert, dass die Verschlusskappen 13 gegenüber den Seitenteilen 9, 10 geringfügig abgebogen sind, um die Montage des Wärmeaustauschers zu erleichtern, insbesondere das Aufziehen der Rohrböden 3 auf die Enden der Flachrohre 1, die vorher mit den Wellrippen 2 paketiert worden sind. Anschließend werden die Seitenteile 9, 10 angesetzt und die Rohrböden 3 aufgezogen. Die erwähnte Abbiegung der Verschlusskappen 13 ist in Fig. 3 durch eine gestrichelte Linienführung angedeutet worden. Aus der Fig. 2 kann schließlich erkannt werden, dass die Flachrohre 1 bzw. die den Flachrohren 1 angepaßten Öffnungen 4 im Rohrboden 3 bis dicht an die Verbindungslängsränder 5 des Rohrbodens 3 herangehen. Deshalb ist die gesamte Bautiefe des Wärmeaustauschers nur unwesentlich größer als die zum Wärmeaustausch nutzbare Bautiefe, so dass der erforderliche Bauraum des Wäremaustauschers im Kraftfahrzeug sehr effizient ausgenutzt werden kann. Ferner besitzen die Flachrohre 1 an den Enden vorzugsweise keine Umformungen, was zu einer kostengünstigen Fertigung beiträgt.
    Das in den Figuren 6, 7 und 8 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel dadurch, dass andere Rohrböden 3 vorgesehen wurden. Diese Rohrböden 3 sind in der Fig. 6 gezeigt. Weitere mögliche Variationen der Rohrböden 3 sind aus der Fig. 10 zu sehen. Die Rohrböden 3 aus Fig. 6 besitzen zwei zum Sammelkasten 6 hin abgekantete Verbindungslängsränder 5. Die Verbindungsquerränder 15 sind ohne Abkantung ausgeführt. Die Blechdicke der Rohrböden 3 beträgt etwa 1, 5 mm. Diese Dicke ist ausreichend, um, wie es in den Fig. 7 und 8 gezeigt wurde, eine feste und dicht Lötverbindung mit den Verschlusskappen 13 und den Längsrändern 7, 8 der Sammelkästen 6 zu gewährleisten. Wie zu sehen ist, wurde die Verdünnung der Blechdicke bzw. die Verkleinerung des Biegeradius hier nur in den Biegekanten 30 der Verschlusskappen 13 vorgenommen, weil in den Eckbereichen A, B, C, D des Rohrbodens 3 bereits eine relativ scharfkantige Ausbildung vorhanden ist.
    Das Ausführungsbeispiel aus der Fig. 9 weist einzelne Verschlusskappen 13 mit einem abgekanteten Rand 14 auf und demzufolge auch Seitenteile 9, 10, die Einzelteile sind. Die Verschlusskappen 13 wurden in ihrer Biegekante 30 zum Rand 14 hin partiell mit einer Verdünnung versehen, um den Biegeradius im Vergleich zum übrigen Biegeradius zu verkleinern. Ferner wurden Rohrböden 3, wie in Fig. 4 gezeigt, verwendet, wobei die Enden der Seitenteile 9, 10 von dem Querverbindungsrand 15 der Rohrböden 3 umfaßt sind. Die Eckbereiche A, B, C, D sind, wie in Fig. 1 gezeigt und beschrieben wurde ausgebildet worden, so dass auch hier mit festen und dichten Lötverbindungen in diesen Problemzonen gerechnet werden kann.
    In der Fig. 5 wurde gezeigt, dass es keineswegs immer notwendig ist, beide Biegekanten 30, das heißt die am Seitenteil/Verschlusskappe 13 und die am Rohrboden 3 innerhalb der Verbindung 31 mit kleineren Biegeradien zu versehen. Je nach bereits vorne beschriebenen Umständen kann es auch reichen, lediglich die Biegekanten 30 am Rohrboden 3 oder am Seitenteil / Verschlusskappe 13 mit kleineren Biegeradien bzw. reduzierter Blechdicke auszubilden.
    In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 11 bis 13 wurden Rohrböden 3 verwendet, die in der im Bild obersten Darstellung der Fig. 10 zu sehen sind, also Rohrböden 3 ohne abgebogenem Verbindungsquerrand 15, wobei die beiden Verbindungslängsränder 5 zu den Flachrohren 1 hin gerichtet sind. Obwohl die Verbindungsquerränder 15 der Rohrböden 3 keine Abbiegungen besitzen, können auch hier exzellente Lötverbindungen erwartet werden, denn der um den gesamten Umfang der Verschlusskappen 13 verlaufende abgebogene Rand 14 gewährleistet das. Dabei ist es unerheblich, ob der Rand 14 nach außen, wie gezeigt, oder auch nach innen, in den Sammelkasten 6 hinein, gerichtet ist.
    Die Fig. 14 a und b zeigen Beispiele, wie die Verdünnung der Blechdicke in der Biegekante 30 innerhalb der beschriebenen Verbindung 31 ausgebildet sein kann. In Fig. 14b wurde lediglich in einem Schenkel 5 der Biegekante 30 im Rohrboden 3 eine Verdünnung vorgesehen, die bereits zu einer ausreichenden Verkleinerung des Biegeradius führt. Die Biegekante 30 an den Seitenteilen 9, 10 oder am abgebogenen Rand der Verschlusskappe 13 wurde in diesen Ausführungsbeispielen nicht verkleinert. Die Blechdicke b der Rohrböden 3 und diejenige a der Seitenteile 9, 10 oder der Verschlusskappe 13 kann etwa gleich groß sein. Um eine ausreichend scharfkantige Ausbildung der Biegekante 30 zu erreichen, hat man die Blechdicke a oder b etwa um 1/3 reduziert, wie die Fig. 14a und 14b zeigen. Es ist aus den Abbildungen leicht nachvollziehbar, dass die Größe des gewählten äußeren Biegeradius auch davon abhängt, ob nur eine Biegekante 30 mit einem kleineren Biegeradius versehen ist, wie in den Fig. 5 und 14 gezeigt, oder ob beide Biegekanten 30 einen verkleinerten Biegeradius aufweisen. Man kann bei der Reduzierung des Biegeradius bzw. der Blechdicke a, b bis an die fertigungstechnisch machbare Grenze gehen, wobei der Fachmann selbstverständlich keine kleineren Radien als notwendig auswählen wird.
    Die Fig. 15 zeigt fünf Beispiele der Ausbildung der Seitenteile 9, 10, mit Verlängerungen, die als Verschlusskappen 13 ausgebildet sind. Innerhalb der Verbindung mit dem Rohrboden 3 weisen die Biegekanten zu den abgebogenen Längsrändern 11, 12 einen kleineren Biegeradius auf. In der ersten Darstellung ist quer zur Längsrichtung der Seitenteile 9, 10 eine Abbiegung nach innen gezeigt, die in der zweiten Darstellung nach außen zeigt. Im Bereich des Übergangs vom Seitenteil 9, 10 zur Verschlusskappe 13 können die Längsränder 11, 12 durchgehend ausgebildet werden oder auch ausgeschnitten sein. Ferner können in bekannter Weise Ausbildungen 20 vorgesehen werden, um die Ausdehnung der Seitenteile 9, 10 unter dem Einfluss von Temperaturschwankungen zu gestatten.

    Claims (10)

    1. Wärmeaustauscher für Kraftfahrzeuge, dessen Teile aus Flachrohren (1), aus Wellrippen (2), aus Rohrböden (3) mit Öffnungen (4) zur Aufnahme der Enden der Flachrohre (1) und mit zwei abgekanteten Verbindungslängsrändern (5) sowie mit vier Eckbereichen (A, B, C, D), bestehen und aus Sammelkästen (6) mit zwei Längswänden (7, 8) zur Verbindung (31) mit den Verbindungslängsrändern (5), aus Seitenteilen (9, 10) mit Längsrändern (11, 12) und ferner aus Verschlusskappen (13) zum Verschluss der seitlichen Öffnungen der Sammelkästen (6), wobei die Verschlusskappen (13) einen abgekanteten Rand (14) aufweisen und wobei sämtliche Teile aus Aluminiumblech hergestellt sind, das zweckmäßig mit Lot beschichtet ist, um mittels eines Lötprozesses verbunden zu sein,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      in den Eckbereichen (A,B, C, D) die innerhalb der Verbindung (31) zwischen dem Seitenteil (9 oder 10) oder der Verschlusskappe (13) und dem Rohrboden (3) und der Längswand (7, 8) des Sammelkastens (6) liegende wenigstens eine Biegekante (30) der Verbindungsränder (5, 15) und / oder der abgekanteten Ränder (14) einen kleineren Biegeradius aufweist als außerhalb der Verbindung (31), wobei die innerhalb der Verbindung (31) vorhandene Blechdicke (a oder b) an der Biegekante (30) kleiner ist als außerhalb der Verbindung (31).
    2. Wärmeaustauscher für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrböden (3) zwei abgekantete Verbindungslängsränder (5) und zwei abgekantete Verbindungsquerränder (15) aufweisen, die sich in den Eckbereichen (A, B, C, D) treffen, wobei die Blechdicke (b) der Rohrböden (3) innerhalb der Verbindung (31) kleiner ist als außerhalb der Verbindung (31).
    3. Wärmeaustauscher für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungslängs - und die Verbindungsquerränder (5, 15) der Rohrböden (3) in Richtung zum Sammelkasten (6) (nach oben) oder in Richtung zu den Flachrohren (1) (nach unten) abgekantet sind.
    4. Wärmeaustauscher für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrböden (3) zwei abgekantete Verbindungslängsränder (5) aufweisen und die Verbindungsquerränder (15) ohne Abkantung ausgeführt sind, so dass zur Verbindung die Blechdicke (b) der Rohrböden (3) zur Verfügung steht.
    5. Wärmeaustauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längswände (7, 8) der Sammelkästen (6) die Verbindungslängsränder (5) des Rohrbodens (3) vorzugsweise von außen umfassen.
    6. Wärmeaustauscher für Kraftfahrzeuge nach einem der vorstehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, dass die verkleinerten äußeren Biegeradien innerhalb der Verbindung etwa kleiner oder gleich 0,8 mm sind.
    7. Wärmeaustauscher für Kraftfahrzeuge nach einem der vorstehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre (1) keine Umformung an den Enden aufweisen.
    8. Wärmeaustauscher für Kraftfahrzeuge nach den vorstehenden Ansprüchen,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenteile (9, 10) und die Verschlusskappen (13) Einzelteile sind, oder dass die Verschlusskappen (13) als Verlängerung der Seitenteile (9, 10) einstückig mit den Seitenteilen (9, 10) ausgebildet sind.
    9. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers für Kraftfahrzeuge, bei dem Flachrohre (1), Wellrippen (2), Rohrböden (3) mit Öffnungen (4) zur Aufnahme der Enden der Flachrohre (1), mit abgekanteten Verbindungslängsrändern (5) und mit vier Eckbereichen (A, B, C, D) und Sammelkästen (6) mit zwei Längswänden zur Verbindung (31) mit den Verbindungslängsrändern (5) und Seitenteile (9, 10) mit Längsrändern (11, 12) und Verschlusskappen (13) zum Verschluss der seitlichen Öffnungen der Sammelkästen, wobei die Verschlusskappen einen abgekanteten Rand (14) aufweisen und wobei sämtliche Teile aus Aluminiumblech hergestellt sind, das zweckmäßig mit Lot beschichtet ist und die zusammengefügt werden, um sie mittels eines Lötprozesses verbinden zu können,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      in den Eckbereichen (A, B, C, D) die innerhalb der Verbindung (31) zwischen dem Seitenteil (9, 10) oder der Verschlusskappe (13) und dem Rohrbodens (3) und der Längswand (7, 8) des Sammelkastens (6) liegende wenigstens eine Biegekante (30) der Verbindungsränder (5, 15) und/oder der Ränder (14) mit einem kleineren Biegeradius versehen wird als außerhalb der Verbindung (31), wozu die innerhalb der Verbindung (31) vorhandene Blechdicke (a, b) an der Biegekante (30) gegenüber der außerhalb der Verbindung (31) vorhandenen Blechdicke (a, b) reduziert wird und dass die kleineren Biegeradien bzw. die reduzierte Blechdicke in einem der Herstellung der Teile folgenden Umformarbeitsgang vor deren Zusammensetzung zum Wärmeaustauscher hergestellt werden.
    10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduzierung der Blechdicke (a, b) durch eine in beiden eine Abbiegung bildenden Schenkeln oder lediglich in einem der Schenkel vorgenommen wird, wobei die Blechdicke (a, b) um etwa 1/3 reduziert wird.
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