EP1811259B1 - Befestigungsanordnung für Wärmeübertrager - Google Patents

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EP1811259B1
EP1811259B1 EP07001145A EP07001145A EP1811259B1 EP 1811259 B1 EP1811259 B1 EP 1811259B1 EP 07001145 A EP07001145 A EP 07001145A EP 07001145 A EP07001145 A EP 07001145A EP 1811259 B1 EP1811259 B1 EP 1811259B1
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EP
European Patent Office
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assembly according
tube plate
flange
seal
box
Prior art date
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EP07001145A
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English (en)
French (fr)
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EP1811259A1 (de
Inventor
Franco Ghiani
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Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
Publication of EP1811259A1 publication Critical patent/EP1811259A1/de
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Publication of EP1811259B1 publication Critical patent/EP1811259B1/de
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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
    • F28F9/0219—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
    • F28F9/0226—Header boxes formed by sealing end plates into covers with resilient gaskets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F28D1/0535—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight the conduits having a non-circular cross-section
    • F28D1/05366—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/06—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material
    • F28F21/067—Details
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2225/00—Reinforcing means
    • F28F2225/08—Reinforcing means for header boxes

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for fastening a collecting tank on a tube plate of a heat exchanger according to the preamble of claim 1.
  • connection between a tube sheet and a collecting box for heat exchangers in various forms.
  • the type of connection depends on the selected materials of the tube plate on the one hand and the header box on the other.
  • a cohesive, compound by welding or soldering is preferred.
  • a plastic box and a tube sheet made of metal for.
  • As aluminum come mechanical connections, so-called flare with inserted seal used.
  • a closed sealing frame is inserted into a circumferential groove of the tube sheet, the collecting box is placed on the sealing frame and clamped to the ground by Umbördein the edge region of the soil.
  • the seal between the box and the tube bottom is arranged laterally on the box, ie in the region of the side walls of the box, and overlapped by the erected edge region of the base.
  • the seal preferably an O-ring thus enclosing the circumference of the box and is preferably arranged for guiding in a circumferential groove.
  • the tubesheet abuts with its edge region from the outside to the seal and exerts due to the mechanical connection of the soil with the box also the required sealing force. This sealing or pressing force is exerted essentially in a plane which is arranged approximately parallel to the plane of the tube bottom.
  • the advantage of the box / floor connection according to the invention lies in the reduced depth compared to the prior art.
  • the arrangement of the seal on the side walls of the header box eliminates existing in the prior art circumferential groove in the tube sheet in which the seal was added. Due to the arrangement according to the invention, the tube sheet without such a groove, ie up to the peripheral, erected edge region can be formed flat, so that the passages for receiving the tubes can extend to the edge region.
  • the block dimension, ie the depth of the tube / rib block corresponds approximately to the depth of the bottom or of the box received in the bottom.
  • the seal between the box and the floor can also be designed as a pasty seal, which is applied in a doughy form on the box and hardens after connection to the tube sheet.
  • Suitable sealing materials are, for example, silicone or a two-component plastic.
  • the edge region of the bottom has a lateral sealing region, to which a fastening region adjoins.
  • the sealing area is smooth and abuts the seal with a certain preload, while the mounting area is deformable and serves to establish a mechanical connection between the box and the floor.
  • the attachment portion for this purpose has T-shaped punched out locking elements, which are deformed after insertion of the box in the ground to U-shaped locking elements ("claws"), which engage with the box grooves and with the side walls of the box protruding ribs.
  • U-shaped locking elements By the U-shaped deformed locking elements, the box is on the one hand in the longitudinal direction of the tubes of the heat exchanger, ie secured perpendicular to the tube bottom plane and on the other hand transversely to this direction, ie in a plane parallel to the tube bottom.
  • the fastening region of the tube plate is designed as a locking strip with a continuous outer edge and punched openings, which is bent around the flange of the box and fixed there by means of anchoring elements.
  • the edge region of the tube sheet and the flange of the box is made.
  • the tube sheet passages for receiving pipes in particular of flat tubes, wherein the passages are formed either to the side of the box or to the opposite side, d. H. the collar of the passages points either to the box or in the direction of the tube / rib block.
  • a maximum length for the passages which extend over the entire width of the soil and reach up to the wall of the edge region of the soil.
  • the collar of the passage on the narrow sides in the wall of the edge area over.
  • a maximum tube depth or block depth for the tube / rib block in relation to the bottom width can be achieved.
  • the block depth thus corresponds approximately to the overall depth of the heat exchanger.
  • the collection box and the tube sheet are self-locking connected to each other.
  • a seal can be pressed more strongly against the tubesheet and the collecting box.
  • pressure that would lead to loosening of the tube plate from the header be converted into a self-locking clamping force.
  • Fig. 1 shows a heat exchanger 1, partially shown, which a collection box 2, hereinafter also referred to as a short box called a tube plate 3, hereafter also called bottom, and a tube / rib block 4, hereinafter also referred to as a short block.
  • the heat exchanger 1 can be used as a coolant radiator for cooling an internal combustion engine of a motor vehicle or as a radiator heating and air conditioning of a motor vehicle - it is flowed through in this case of coolant and secondary side acted upon by ambient air.
  • the box 2 is preferably made of plastic, ie formed as a molded part. Likewise, however, is a preparation of metal, for. B. achtmetalldruck- or injection molding possible.
  • the collection box 2 is, as will be shown and explained in more detail below, formed as a box-shaped hollow body, which has a longitudinal side 2a with molded ribs 5 and a narrow side 2b, also with molded ribs 5. (the two opposite sides are not visible in this representation and therefore not marked).
  • the collecting box 2 thus has a substantially rectangular floor plan with rounded corners.
  • a nozzle 2c for the entry or exit of a heat exchange medium, for example, the coolant of a cooling circuit of an internal combustion engine.
  • the tube sheet 3 is made of a metal sheet, preferably aluminum sheet without cutting and takes the pipes of the block 4, not shown.
  • the tube plate 3 has on its upper side U-shaped locking elements 6 (so-called claws), which - which will be explained - are in engagement with the ribs 5.
  • Fig. 2 shows an enlarged section of the attachment of collection box 2 and tube sheet 3 in another isometric view.
  • the U-shaped deformed locking elements 6 are part of the bottom 3, pass through a groove 5 arranged in the groove 5 a and lie with their U-legs on both sides of the rib 5 at.
  • Fig. 3 shows in a 3-D representation of the open bottom 3, ie before the connection to the box 2, which is not shown here.
  • the tube plate 3 has an approximately rectangular planar bottom portion 3a, are received in which tube ends 7 of flat tubes of the block 4, not shown.
  • the flat tube ends 7 extend recognizably over the entire width (depth) of the bottom region 3a.
  • the bottom region 3 a surrounds an approximately vertically erected circumferential edge region 3 b, which has a multiplicity of T-shaped locking elements 6 'on its outer edge.
  • the tube sheet 3 is preferably made of an aluminum sheet, ie made of a board, wherein the T-shaped locking elements 6 'are punched out before the edge region 3b is set up.
  • Fig. 4 shows the "closed" tube sheet 3 with U-shaped locking elements 6, which are formed by deformation of the T-shaped locking elements 6 '. However, this transformation takes place after placing the box 2, which is omitted here - for better illustration.
  • Fig. 5 shows the box 2 in a 3-D representation and a cross section through the two longitudinal sides 2a, at the foot of a circumferential groove 8 is arranged for receiving a round cord seal 9.
  • the groove 8 is used for positioning and guiding the round cord seal 9, also called O-ring, during assembly of the box 2, ie when inserted into the open bottom 3, as in Fig. 3 is shown.
  • the round cord seal 9 is a closed, preferably molded from an elastomer sealing frame which is inserted with slight bias in the groove 8.
  • the corner areas of the box 2 and the tube bottom 3 are sufficiently rounded to ensure proper installation of the seal on both sides.
  • Fig. 6 shows a cross section through the collecting box 2 with longitudinal sides 2a, groove 8 and inserted round cord seal 9.
  • the long sides 2a - this also applies to the narrow sides 2b not shown here - are thickened in their foot to a flange 2d, in which the groove 8 is introduced ,
  • the groove 8 is open to the outside, but the sealing frame 9 can not fall out of the groove 8 after insertion due to its bias.
  • the ribs 5 are arranged, which have on their underside an approximately rectangular groove 5a formed.
  • the box 2 is - as mentioned - used with inserted round cord seal 9 in the open bottom 3.
  • Fig. 7 shows the finished connection (mounting arrangement) between box 2 and tube sheet 3, with U-shaped locking elements 6, which rest on the top of the flange 2d.
  • the tube sheet 3 is inserted with its locking elements 6 'in the grooves 5a until the upper edge of the flange 2d below the lower edge of the locking elements 6' is - then the locking elements-6 'are bent inwardly around the respective ribs 5, so that they include these as U-shaped locking elements 6.
  • Box 2 and bottom 3 are thus fixed against each other in all directions.
  • the round cord seal 9 is slightly deformed by the system on the inside of the edge region 3b in the manner of an O-ring, so that the required Sealing effect is achieved without requiring a relatively high contact pressure would be required.
  • a pasty seal for example based on silicone
  • a two-component plastic can be deposited in a corresponding groove, wherein the plastic cures after application to air.
  • the two-component plastic is introduced into a groove, for example, by means of a two-component plastic injection technique. We first introduce a first component and then the second component, in particular injected. In another embodiment, the two components are mixed and then introduced into the groove, in particular injected.
  • the bottom 3, ie the flat bottom portion 3 a has passages 10 for receiving flat tubes 11, which communicate with the interior of the collecting box 2 and are part of the above-mentioned block 4.
  • the passages 10 are - as known per se - produced by punching and Kragen realise, wherein the collar of the passages 10 are formed in this embodiment, to the side of the block. This results in a maximum clear width Di of the passage 10 (corresponds to the depth of the flat tube 11).
  • the outer dimension of the passage 10 is denoted by Da and corresponds to the width of the bottom 3.
  • the collar of the passage 10 is thus in the edge region 3b of the bottom 3 over.
  • the block depth of the heat exchanger which corresponds approximately to the dimension Di, is thus only slightly smaller than the bottom width Da, more precisely, only by twice the bottom wall thickness less.
  • FIGS. 8, 9 and 10 show a further embodiment of the invention for a mounting arrangement of a box with a tube sheet of a heat exchanger.
  • Fig. 8 shows a (closed) bottom 12, which is placed on pipe ends 13 of a tube / rib block 14.
  • the tube sheet 12 has a circumferential edge region 12a arranged at the outer edges Locking strips 15, which are notched in the corner areas.
  • Fig. 9 shows a collection box 16, which with respect to circumferential groove 8 and inserted round cord seal 9 corresponds to the previous embodiment (therefore, the same reference numerals).
  • the collecting box has a circumferential flange 16a with a top 16b on which anchoring elements 17 are arranged in the form of a series of teeth.
  • Fig. 10 shows an enlarged section of the finished connection, ie the locking bar 15 in engagement with the anchoring elements 17 on the box 16.
  • the locking bar 15 of the tube sheet 12 has a continuous outer edge 15a and behind arranged openings 15b, which in the form and arrangement of the toothed rack anchoring elements 17 correspond.
  • the four circumferentially arranged locking strips 15 are bent inwardly such that the teeth 17 pass through the openings 15b in the locking strip 15 and thus bring about a positive connection.
  • the sealing of collecting tank and tube sheet takes place in the same manner as in the previous embodiment:
  • the edge region 12a of the bottom 12 exerts a (in the drawing) horizontal contact pressure on the O-ring 9, ie approximately parallel to the plane of the tube bottom 12th

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Befestigung eines Sammelkastens auf einem Rohrboden eines Wärmeübertragers nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Derartige Befestigungsanordnungen sind als Verbindungen zwischen einem Rohrboden und einem Sammelkasten für Wärmeübertrager in verschiedensten Formen bekannt. Die Art der Verbindung hängt von den gewählten Materialien des Rohrbodens einerseits und des Sammelkastens andererseits ab. Bestehen beide Teile der Verbindung aus dem gleichen Material, z. B. aus Kunststoff oder aus Aluminiumblech, wird eine stoffschlüssige, Verbindung durch Schweißen oder Löten bevorzugt. Bei unterschiedlichen Materialien, z. B. einem Kunststoffkasten und einem Rohrboden aus Metall, z. B. Aluminium, kommen mechanische Verbindungen, so genannte Bördelverbindungen mit eingelegter Dichtung zum Einsatz. Dabei wird ein geschlossener Dichtrahmen in eine umlaufende Nut des Rohrbodens eingelegt, der Sammelkasten wird auf den Dichtrahmen aufgesetzt und mit dem Boden durch Umbördein des Randbereiches des Bodens verspannt. Damit erhält man eine dichte Verbindung zwischen einem Kunststoffkasten und einem Metallboden. Derartige Kasten/Boden-Verbindungen wurden durch folgende Druckschriften der Anmelderin bekannt: DE 28 52 408 B2 , DE 28 52 415 B2 sowie die DE 38 41 470 A1 . Bei der erstgenannten Druckschrift, der DE 408 , werden in den Randbereich des Bodens Schlitze (durch Stanzen) eingebracht, und der oberhalb der Schlitze angeordnete äußerste Randbereich wird bei der Montage von Kasten und Boden über einen umlaufenden Flansch des Kastens gedrückt. Diese Kasten/Boden-Verbindung wird als so genannte Wellenschlitzbördelung bezeichnet, die auch bei der zuletzt genannten Druckschrift, der DE '470, in abgewandelter Form vorliegt. Bei der DE '415 werden keine Schlitze in den Randbereich des Bodens eingebracht, vielmehr wird der Randbereich partiell über den Flansch des Kastens gebogen. Bei den bekannten Verbindungen wird der Wasserkasten (Sammelkasten) mit einer vertikalen Schließkraft, d. h. senkrecht zur Ebene des Rohrbodens belastet. In dieser Richtung wirkt auch die Dichtkraft. Nachteilig bei den bekannten Befestigungsanordnungen ist, dass der Rohrboden - in Luftströmungsrichtung gesehen - jeweils über die Stirnflächen des Rohr/Rippenblockes hinaussteht, d. h. die Breite des Rohrbodens ist größer als das so genannte Blockmaß in Tiefenrichtung. Daraus ergibt sich eine erhöhte Bautiefe für den Wärmeübertrager.
    Insbesondere besteht bei steigendem Druck bei den bekannten Sammelkästen die Gefahr, dass sich diese aus der Verankerung lösen. Dadurch kann sich insbesondere die Spannkraft der Dichtung verringern.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zur Befestigung eines Sammelkastens auf einem Rohrbodens eines Wärmeübertragers der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine geringere Bautiefe des Wärmeübertragers zur Folge hat.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Dichtung zwischen Kasten und Rohrboden seitlich am Kasten, d. h. im Bereich der Seitenwände des Kastens angeordnet ist und von dem aufgestellten Randbereich des Bodens übergriffen wird. Die Dichtung, vorzugsweise ein Rundschnurring umschließt somit den Umfang des Kastens und ist vorzugsweise zur Führung in einer umlaufenden Nut angeordnet. Der Rohrboden, liegt mit seinem Randbereich von der Außenseite her an der Dichtung an und übt aufgrund der mechanischen Verbindung des Bodens mit dem Kasten auch die erforderliche Dichtkraft aus. Diese Dicht- oder Anpresskraft wird im Wesentlichen in einer Ebene ausgeübt, welche etwa parallel zur Ebene des Rohrbodens angeordnet ist. Bei Verwendung eines O-Ringes, der in einer entsprechenden Nut geführt wird, ist keine hohe Dichtkraft erforderlich, sondern lediglich eine leichte Verformung des O-Querschnittes. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Kasten/Boden-Verbindung liegt in der verringerten Bautiefe gegenüber dem Stand der Technik. Durch die Anordnung der Dichtung an den Seitenwänden des Sammelkastens entfällt die beim Stand der Technik vorhandene umlaufende Nut im Rohrboden, in welcher die Dichtung aufgenommen wurde. Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung kann der Rohrboden ohne eine derartige Rinne, d. h. bis zu dem umlaufenden, aufgestellten Randbereich eben ausgebildet werden, so dass die Durchzüge zur Aufnahme der Rohre bis an den Randbereich reichen können. Damit entspricht das Blockmaß, d. h. die Tiefe des Rohr/Rippenblockes etwa der Tiefe des Bodens bzw. des im Boden aufgenommenen Kastens. Insbesondere bei Verwendung des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers in einem Kraftfahrzeug, z. B. als Kühlmittelkühler zur Kühlung einer Brennkraftmaschine wirkt sich die reduzierte Bautiefe besonders vorteilhaft aus.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Dichtung zwischen Kasten und Boden kann auch als pastöse Dichtung ausgebildet sein, welche in einer teigigen Form auf den Kasten aufgebracht wird und nach Verbindung mit dem Rohrboden aushärtet. Als Dichtungswerkstoffe eignen sich beispielsweise Silikon oder ein Zweikomponentenkunststoff.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Randbereich des Bodens einen seitlichen Dichtbereich auf, an welchen sich ein Befestigungsbereich anschließt. Der Dichtbereich ist glatt ausgebildet und liegt an der Dichtung mit einer bestimmten Vorspannung an, während der Befestigungsbereich verformbar ist und der Herstellung einer mechanischen Verbindung zwischen Kasten und Boden dient.
  • Nach einer ersten Ausführungsform weist der Befestigungsbereich hierzu T-förmig ausgestanzte Verriegelungselemente auf, welche nach dem Einsetzen des Kastens in den Boden zu U-förmigen Verriegelungselementen ("Krallen") verformt werden, welche in Eingriff mit am Kasten angeordneten Nuten und mit von den Seitenwänden des Kastens abragenden Rippen stehen. Durch die U-förmig verformten Verriegelungselemente wird der Kasten einerseits in Längsrichtung der Rohre des Wärmeübertragers, d. h. senkrecht zur Rohrbodenebene gesichert und andererseits quer zu dieser Richtung, d. h. in einer Ebene parallel zur Ebene des Rohrbodens.
  • Nach einer zweiten Ausführungsform ist der Befestigungsbereich des Rohrbodens als Verriegelungsleiste mit durchgehender Außenkante und ausgestanzten Öffnungen ausgebildet, welche um den Flansch des Kastens gebogen und dort über Verankerungselemente fixiert wird. Damit wird eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Randbereich des Rohrbodens und dem Flansch des Kastens hergestellt.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Rohrboden Durchzüge zur Aufnahme von Rohren, insbesondere von Flachrohren auf, wobei die Durchzüge entweder zur Seite des Kastens oder zur entgegengesetzten Seite ausformbar sind, d. h. der Kragen der Durchzüge weist entweder zum Kasten oder in Richtung des Rohr/Rippenblockes. Im letzteren Falle ergibt sich eine maximale Länge für die Durchzüge, welche sich über die gesamte Breite des Bodens erstrecken und bis an die Wandung des Randbereiches des Bodens heranreichen. Damit geht der Kragen des Durchzuges an den Schmalseiten in die Wandung des Randbereiches über. Damit kann eine maximale Rohrtiefe bzw. Blocktiefe für den Rohr/Rippenblock im Verhältnis zur Bodenbreite erzielt werden. Die Blocktiefe entspricht damit annähernd der Bautiefe des Wärmeübertragers.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind der Sammelkasten und der Rohrboden selbstsichernd miteinander verbindbar. Besonders vorteilhaft kann insbesondere bei steigendem Druck eine Dichtung stärker gegen den Rohrboden und den Sammelkasten gedrückt werden. Insbesondere kann Druck, der zum Lösen des Rohrbodens vom Sammelkasten führen würde, in eine selbstsichernde Spannkraft umgewandelt werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen
    • Fig. 1
    eine erfindungsgemäße Befestigungsanordnung für einen Kasten und einen Rohrboden eines Wärmeübertragers,
    Fig. 2
    einen vergrößerten Ausschnitt der Befestigungsanordnung aus Fig. 1,
    Fig. 3
    den Rohrboden vor dem Einsetzen des Kastens,
    Fig. 4
    den Rohrboden mit verformtem Randbereich nach dem Einsetzen des hier nicht dargestellten Kastens,
    Fig. 5
    den Kasten mit eingelegter Dichtung und Querschnitt in 3-D-Darstellung,
    Fig. 6
    einen Schnitt durch den Kasten mit eingelegter Dichtung,
    Fig. 7
    einen Querschnitt durch den Kasten und den Rohrboden mit Durchzug,
    Fig. 8
    ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Kasten/Boden-Verbindung mit Rohrboden,
    Fig. 9
    den Kasten mit Verankerungselementen und
    Fig. 10
    einen vergrößerten Ausschnitt der Verbindung zwischen Rohrboden und Kasten.
  • Fig. 1 zeigt einen teilweise dargestellten Wärmeübertrager 1, welcher einen Sammelkasten 2, im Folgenden auch kurz Kasten genannt, einen Rohrboden 3, im Folgenden auch kurz Boden genannt, und einen Rohr/Rippenblock 4, im Folgenden auch kurz Block genannt, aufweist. Der Wärmeübertrager 1 kann als Kühlmittelkühler zur Kühlung einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges oder auch als Heizkörper einer Heizungs- und Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges eingesetzt werden - er wird in diesem Falle von Kühlmittel durchströmt und sekundärseitig von Umgebungsluft beaufschlagt. Der Kasten 2 ist vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt, d. h. als Spritzteil ausgebildet. Ebenso ist jedoch eine Herstellung aus Metall, z. B. ein Leichtmetalldruck- oder Spritzguss möglich. Der Sammelkasten 2 ist, wie im Folgenden noch genauer dargestellt und erläutert wird, als kastenförmiger Hohlkörper ausgebildet, welcher eine Längsseite 2a mit angespritzten Rippen 5 sowie eine Schmalseite 2b, ebenfalls mit angespritzten Rippen 5 aufweist. (die beiden jeweils gegenüber liegenden Seiten sind in dieser Darstellung nicht sichtbar und daher nicht bezeichnet). Der Sammelkasten 2 weist somit einen im Wesentlichen rechteckigen Grundriss mit abgerundeten Ecken auf. Der Sammelkasten 2 weist an seiner Oberseite einen Stutzen 2c für den Ein- oder Austritt eines Wärmetauschmediums, beispielsweise des Kühlmittels eines Kühlkreislaufes einer Brennkraftmaschine auf. Der Rohrboden 3 ist aus einem Metallblech, vorzugsweise Aluminiumblech spanlos herstellbar und nimmt die nicht dargestellten Rohre des Blockes 4 auf. Der Rohrboden 3 weist an seiner Oberseite U-förmig ausgebildete Verriegelungselemente 6 (so genannte Krallen) auf, welche - was noch erläutert wird - in Eingriff mit den Rippen 5 stehen.
  • Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Befestigung von Sammelkasten 2 und Rohrboden 3 in einer anderen isometrischen Darstellung. Die U-förmig verformten Verriegelungselemente 6 sind Teil des Bodens 3, durchsetzen eine in den Rippen 5 angeordnete Nut 5a und liegen mit ihren U-Schenkeln beiderseits an der Rippe 5 an.
  • Fig. 3 zeigt in einer 3-D-Darstellung den offenen Boden 3, d. h. vor der Verbindung mit dem Kasten 2, der hier nicht dargestellt ist. Der Rohrboden 3 weist einen etwa rechteckförmigen ebenen Bodenbereich 3a auf, in welchem Rohrenden 7 von nicht näher dargestellten Flachrohren des Blockes 4 aufgenommen sind. Die Flachrohrenden 7 erstrecken sich erkennbar über die gesamte Breite (Tiefe) des Bodenbereiches 3a. Den Bodenbereich 3a umgibt ein etwa senkrecht aufgestellter, umlaufender Randbereich 3b, welcher an seiner Außenkante eine Vielzahl von T-förmig ausgebildeten Verriegelungselementen 6' aufweist. Der Rohrboden 3 ist vorzugsweise aus einem Aluminiumblech, d. h. aus einer Platine hergestellt, wobei die T-förmigen Verriegelungselemente 6' ausgestanzt werden, bevor der Randbereich 3b aufgestellt wird.
  • Fig. 4 zeigt den "geschlossenen" Rohrboden 3 mit U-förmigen Verriegelungselementen 6, welche durch Umformung aus den T-förmigen Verriegelungselementen 6' entstanden sind. Diese Umformung erfolgt allerdings nach dem Aufsetzen des Kastens 2, der hier - zwecks besserer Darstellung - weggelassen ist.
  • Fig. 5 zeigt den Kasten 2 in einer 3-D-Darstellung und einem Querschnitt durch die beiden Längsseiten 2a, an deren Fuß eine umlaufende Nut 8 zur Aufnahme einer Rundschnurdichtung 9 angeordnet ist. Die Nut 8 dient der Positionierung und Führung der Rundschnurdichtung 9, auch O-Ring genannt, während der Montage des Kastens 2, d. h. beim Einsetzen in den offenen Boden 3, wie er in Fig. 3 dargestellt ist.
  • Die Rundschnurdichtung 9 ist ein geschlossener, vorzugsweise aus einem Elastomer gespritzter Dichtrahmen, der mit leichter Vorspannung in die Nut 8 eingelegt wird. Die Eckbereiche des Kastens 2 und des Rohrbodens 3 sind hinreichend abgerundet, um eine einwandfreie Anlage der Dichtung an beiden Seiten zu gewährleisten.
  • Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch den Sammelkasten 2 mit Längsseiten 2a, Nut 8 und eingelegter Rundschnurdichtung 9. Die Längsseiten 2a - dies gilt auch für die hier nicht dargestellten Schmalseiten 2b - sind in ihrem Fußbereich zu einem Flansch 2d verdickt, in welchen die Nut 8 eingebracht ist. Wie der Zeichnung zu entnehmen, ist die Nut 8 nach außen hin offen, der Dichtrahmen 9 kann jedoch nach dem Einlegen aufgrund seiner Vorspannung nicht aus der Nut 8 herausfallen. Oberhalb des Flansches 2d sind die Rippen 5 angeordnet, welche an ihrer Unterseite eine etwa rechteckförmig ausgebildete Nut 5a aufweisen. Der Kasten 2 wird-wie erwähnt - mit eingelegter Rundschnurdichtung 9 in den offenen Boden 3 eingesetzt.
  • Fig. 7 zeigt die fertige Verbindung (Befestigungsanordnung) zwischen Kasten 2 und Rohrboden 3, mit U-förmigen Verriegelungselementen 6, welche auf der Oberseite des Flansches 2d aufliegen. Bei der Montage wird der Rohrboden 3 mit seinen Verriegelungselementen 6' in die Nuten 5a eingeführt, bis die Oberkante des Flansches 2d unterhalb der Unterkante der Verriegelungselementen 6' liegt - dann werden die Verriegelungselemente-6' nach innen um die jeweiligen Rippen 5 herumgebogen, so dass sie diese als U-förmige Verriegelungselemente 6 umfassen. Kasten 2 und Boden 3 sind damit in allen Richtungen gegeneinander fixiert. Wie bereits erwähnt, wird die Rundschnurdichtung 9 durch die Anlage an der Innenseite des Randbereiches 3b nach Art eines O-Ringes etwas verformt, so dass die erforderliche Dichtwirkung erreicht wird, ohne dass hierfür eine relativ hohe Anpressung erforderlich wäre. Alternativ kann allerdings auch statt eines O-Ringes 9 eine pastöse Dichtung, beispielsweise auf Silikonbasis verwendet werden. Ebenso kann ein Zweikomponentenkunststoff in einer entsprechenden Nut deponiert werden, wobei der Kunststoff nach dem Aufbringen an Luft aushärtet. In einer Weiterbildung wird der Zweikomponentenkunststoff in eine Nut eingebracht wie beispielsweise eingespritzt werden, mittels einer Zweikompontenkunststoffspritztechnik. Dabei wir zuerst eine erste Komponente und anschließend die zweite Komponente einbracht, insbesondere gespritzt. In einer anderen Ausgestaltung werden die beiden Komponenten gemischt und anschließend in die Nut eingebracht, insbesondere eingespritzt. Der Boden 3, d. h. der ebene Bodenbereich 3a weist Durchzüge 10 zur Aufnahme von Flachrohren 11 auf, welche mit dem Inneren des Sammelkastens 2 kommunizieren und Teil des oben erwähnten Blockes 4 sind. Die Durchzüge 10 werden - wie an sich bekannt - durch Lochstanzen und Kragenziehen hergestellt, wobei die Kragen der Durchzüge 10 bei diesem Ausführungsbeispiel zur Seite des Blockes ausgeformt sind. Dadurch ergibt sich eine maximale lichte Weite Di des Durchzuges 10 (entspricht der Tiefe des Flachrohres 11). Das Außenmaß des Durchzuges 10 ist mit Da bezeichnet und entspricht der Breite des Bodens 3. Der Kragen des Durchzuges 10 geht also in den Randbereich 3b des Bodens 3 über. Die Blocktiefe des Wärmeübertragers, die etwa dem Maß Di entspricht, ist also nur geringfügig kleiner als die Bodenbreite Da, genauer gesagt, nur um die doppelte Bodenwandstärke geringer.
  • In Abweichung des dargestellten Ausführungsbeispieles, insbesondere der T-förmig ausgebildeten Verriegelungselemente 6' und der daraus umgeformten U-förmigen Verriegelungselemente 6 kann als Alternative auch eine so genannte Wellenschlitzbördelung, wie sie in der eingangs genannten Druckschrift der Anmelderin DE 25 52 408 B2 beschrieben ist, verwendet werden.
  • Fig. 8, 9 und 10 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Befestigungsanordnung eines Kastens mit einem Rohrboden eines Wärmeübertragers. Fig. 8 zeigt einen (geschlossenen) Boden 12, der auf Rohrenden 13 eines Rohr/Rippenblockes 14 aufgesetzt ist. Der Rohrboden 12 weist einen umlaufenden Randbereich 12a mit an den Außenkanten angeordneten Verriegelungsleisten 15 auf, welche jeweils in den Eckbereichen ausgeklinkt sind. Fig. 9 zeigt einen Sammelkasten 16, welcher bezüglich umlaufender Nut 8 und eingelegter Rundschnurdichtung 9 dem vorherigen Ausführungsbeispiel entspricht (daher gleiche Bezugszahlen). Der Sammelkasten weist einen umlaufenden Flansch 16a mit einer Oberseite 16b auf, auf welcher Verankerungselemente 17 in Form einer Reihe von Zähnen angeordnet sind.
  • Fig. 10 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der fertigen Verbindung, d. h. der Verriegelungsleiste 15 in Eingriff mit den Verankerungselementen 17 am Kasten 16. Die Verriegelungsleiste 15 des Rohrbodens 12 weist eine durchgehende Außenkante 15a und dahinter angeordnete Öffnungen 15b auf, welche in Form und Anordnung den als Zahnleiste ausgebildeten Verankerungselementen 17 entsprechen. Nachdem der Kasten 16 in den offenen Boden 12 eingesetzt wurde, werden die vier auf dem Umfang angeordneten Verriegelungsleisten 15 derart nach innen gebogen, dass die Zähne 17 die Öffnungen 15b in der Verriegelungsleiste 15 durchsetzen und somit einen Formschluss herbeiführen. Die Abdichtung von Sammelkasten und Rohrboden erfolgt in der gleichen Weise wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel: Der Randbereich 12a des Bodens 12 übt eine (in der Zeichnung) horizontale Anpresskraft auf den O-Ring 9 aus, d. h. etwa parallel zur Ebene des Rohrbodens 12.

Claims (15)

  1. Anordnung zur Befestigung eines Sammelkastens (2) auf einem Rohrboden (3) eines Wärmeübertragers, wobei der Sammelkasten (2) aus einem gießbaren Werkstoff, insbesondere Kunststoff, und der Rohrboden aus einem verformbaren Werkstoff, insbesondere Metall, herstellbar sind, wobei der Rohrboden (3) einen umlaufenden, verformbaren, aufgestellten Randbereich (3b) und der Sammelkasten (2) einen umlaufenden Flansch (2d) aufweisen, wobei zwischen Rohrboden (3) und Flansch (2d) eine Dichtung (9) anordenbar und der Randbereich (3b) mit dem Flansch (2d) mechanisch verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (9) zwischen einem seitlichen Bereich (8) des Flansches (2d) und dem aufgestellten Randbereich (3b) des Rohrbodens (3) anordenbar ist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der seitliche Bereich des Flansches (2d) eine umlaufende Nut (8) aufweist, in welcher die Dichtung (9) aufgenommen ist.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung als Rundschnurring bzw. O-Ring (9) ausgebildet ist.
  4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung als in der Nut (8) deponierbare pastöse, aushärtbare Dichtung ausgebildet ist.
  5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung aus Silikon oder ZweiKomponenten-Kunststoff herstellbar ist.
  6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Randbereich (3b) des Rohrbodens (3) einen seitlichen Dichtbereich, an dem die Dichtung (9) anliegt, sowie einen den Flansch (2d) überragenden Befestigungsbereich (6) aufweist, welcher mit dem Sammelkasten (2)verbunden ist.
  7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelkasten (2) Längsseiten (2a) sowie Schmalseiten (2b) aufweist und dass der Befestigungsbereich (6) des Rohrbodens (3) mit den Längs- und Schmalseiten (2a, 2b) vorzugsweise formschlüssig verbunden ist.
  8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsbereich T-förmig ausgestanzte, U-förmig verformbare Verriegelungselemente (6', 6) und die Längsseiten (2a) des Sammelkastens (2) abstehende Rippen (5) mit Nuten (5a) aufweisen, und dass die Verriegelungselemente (6) mit den Nuten (5a) in Eingriff stehen.
  9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein U-förmiges Verriegelungselement (6) in eine Nut (5a) eingreift.
  10. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsbereich als Verriegelungsleiste (15) mit ausgestanzten Öffnungen (16b) ausgebildet ist, dass oberhalb des Flansches (16a) des Sammelkastens (16) Verankerungselemente (17) angeordnet sind und dass die Verriegelungsleiste (15) die Oberseite (16b) des Flansches (16a) derart übergreift, dass die Verankerungselemente (17) in die Öffnungen (15b) eingreifen.
  11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungsleiste (15) in den Eckbereichen ausgeklinkt ist.
  12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrboden (3) zur Aufnahme von Rohren, insbesondere Flachrohren (11) Durchzüge aufweist, welche zu einer dem Sammelkasten (2) zugewandten Seite ausgeformt sind.
  13. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrboden (3) Durchzüge (10) aufweist, die zu einer dem Sammelkasten (2) abgewandten Seite ausgeformt sind.
  14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchzüge (10) Längsseiten und Schmalseiten aufweisen und dass die Wandung der Durchzüge (10) auf den Schmalseiten in den Randbereich (3b) des Rohrbodens (3) übergeht.
  15. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelkasten (2) und der Rohrboden (3) selbstsichernd miteinander verbindbar sind.
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