EP1866590A1 - Wärmeübertrager, insbesondere kondensator für klimaanlagen - Google Patents

Wärmeübertrager, insbesondere kondensator für klimaanlagen

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EP1866590A1
EP1866590A1 EP06706820A EP06706820A EP1866590A1 EP 1866590 A1 EP1866590 A1 EP 1866590A1 EP 06706820 A EP06706820 A EP 06706820A EP 06706820 A EP06706820 A EP 06706820A EP 1866590 A1 EP1866590 A1 EP 1866590A1
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collar
heat exchanger
collecting tube
flange
connection
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    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0246—Arrangements for connecting header boxes with flow lines
    • F28F9/0251—Massive connectors, e.g. blocks; Plate-like connectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/04—Condensers
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
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    • F28D2021/0084—Condensers
    • 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

  • Heat exchanger in particular condenser for air conditioners
  • the invention relates to a heat exchanger, in particular for air conditioning systems, in particular of motor vehicles according to the preamble of patent claim 1 - known from EP 1 439 367 A1.
  • the invention also relates to a method for producing a heat exchanger according to the term of claim 5.
  • a condenser consists essentially of a condenser block, which is constructed of flat tubes and corrugated fins, as well as arranged on both sides of the block manifolds, which are in communicating connection with the tubes of the condenser block.
  • the headers and the flat tubes of the condenser are flowed through by a refrigerant, which is supplied to the condenser from a refrigerant circuit via connecting flanges and withdrawn again.
  • the flanges are prefabricated separate parts, which are connected on the one hand with a header of the condenser and the other with a refrigerant line.
  • EP 1 150 088 A2 discloses a connection between a refrigerant connection flange and a collector tube of a condenser, wherein the refrigerant flange has an integrally formed nozzle which is inserted into a bore of the collector tube and widened by means of a punch such that a fixation and anchoring the flange is reached on the manifold. Subsequently, the soldering of manifold and flange. This type of connection is costly, especially because of the formation of the flange.
  • the collar inserted into a bore of the connecting flange is plastically deformed by means of a polygonal punch such that a fixing takes place.
  • Polygonal stamping is to be understood as meaning a forming or expanding tool which does not have a circular cross-section but a polygonal cross-section which extends into Direction slightly tapered towards a point.
  • the polygonal punches may have three, four or six surfaces which are tapered in the shape of a pyramid or designed as a truncated pyramid. This tool deforms the collar in the connecting flange.
  • the prepared for subsequent soldering, completed heat exchanger can be soldered due to the fixation of the invention without further Löt Anlagen in a soldering oven, so that a Dichtlötung between the collar and the flange is achieved,
  • the inner cross section of the collar has a polygonal, preferably a hexagonal, cross-section - like a hexagon socket.
  • the manifold is in two parts, d. H. formed with a lid and bottom part, wherein the collar is integrally formed on the lid.
  • the object of the invention is also achieved by a method having the features of claim 5.
  • the collar formed from the collecting tube is inserted into the bore of the connecting flange and then fixed by widening by means of the polygon punch. Connection flange and manifold cover are then sufficiently firmly connected together that then soldering can be done without further aids.
  • Fig. 2 mounted on the manifold of the condenser flange
  • Fig. 3 is a view from the inside of the manifold in the region of the connecting flange.
  • Fig. 1 shows a corner cutout of a capacitor 1 for an air conditioner, not shown, of a motor vehicle.
  • the condenser 1 has a condenser block 3 consisting of flat tubes 2 and ribs, not shown, which is connected to a collecting pipe 4.
  • Another manifold on the opposite side of the capacitor block is not shown.
  • the manifold 4 is formed in two parts, d. H. it has a bottom 5 and a cover 6, which have an approximately semicircular cross-section and are set in one another.
  • the end face of the collecting tube 4 is closed by an end wall 7 and forms a cavity which communicates with the flat tubes 2.
  • From the cover 6, a collar 8 is integrally formed, d. H. by punching punching.
  • connection flange 9 is shown, which is to be connected to the manifold 4.
  • the connection flange 9 has a through-bore 10, which on the one hand is connected to a refrigerant connection line, not shown, and on the other hand to the collar 8 of the collection tube 4.
  • the items shown in the drawing 2, 5, 6, 7, 8, 9 are made of aluminum or aluminum alloys and are soldered together.
  • the connecting flange 9 is placed with its through hole 10 on the collar 8 of the collecting tube 4. This is already a preliminary positioning and centering of the connection flange 9 on the manifold 4th
  • Fig. 2 shows the flange 9, placed on the cover 6 of the manifold 4th
  • FIG. 3 shows a view in the direction X on the cover 6, the flow cross section of the collar 8 appearing as a blackened circular surface 8a.
  • the circular cross section 8a is deformed by means of a polygon punch, not shown, d. H. is widened in particular with respect to the through hole 10 of the connecting flange 9.
  • polygon stamp is to be understood a mandrel-shaped tool which has a non-circular, polygonal cross-section which tapers in the direction of impact, d. H. wedge-shaped or truncated pyramid is formed.
  • a deformation of the inner diameter of the collar 8 takes place substantially over the polygon edges, which dig into the material of the collar 8 and press it outward, whereby a pressure is created.
  • the cross section of the polygonal punch preferably has the shape of a regular hexagon, although more or fewer corners are possible.

Description

Frape Behr S. A.
P. I. Zona Franca, Sector C, CaIIe D 33 - 35 E-08040 Barcelona, Spanien
Wärmeübertrager, insbesondere Kondensator für Klimaanlagen
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere für Klimaanlagen, insbesondere von Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Patent- anspruches 1 - bekannt durch die EP 1 439 367 A1. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers nach dem O- berbegriff des Patentanspruches 5.
Kondensatoren für Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen werden heute voll- ständig aus Aluminiumteilen hergestellt und hartgelötet. Ein Kondensator besteht im Wesentlichen aus einem Kondensatorblock, der aus Flachrohren und Wellrippen aufgebaut ist, sowie beiderseits des Blockes angeordneten Sammelrohren, welcher in kommunizierender Verbindung mit den Rohren des Kondensatorblockes stehen. Die Sammelrohre und die Flachrohre des Kondensators werden von einem Kältemittel durchströmt, welches dem Kondensator aus einem Kältemittelkreislauf über Anschlussflansche zugeführt und wieder entzogen wird. Die Anschlussflansche sind vorgefertigte separate Teile, die einerseits mit einem Sammelrohr des Kondensators und andererseits mit einer Kältemittelleitung verbunden werden.
Durch die US-A 5,477,919 wurde ein Kondensator für Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen bekannt, bei welchem ein Kältemittelanschlussflansch mit einem Sammelrohr verbunden ist, wobei zur Herstellung eines dichten Kältemittelströmungskanals Buchsen zwischen Kältemittelflansch und Sammel- röhr angeordnet und mit den zu verbindenden Teilen verlötet sind. Diese Flanschverbindung ist wegen der Vielzahl der Teile mit relativ hohen Herstellkosten verbunden.
Durch die EP 1 150 088 A2 wurde eine Verbindung zwischen einem Kälte- mittelanschlussflansch und einem Sammelrohr eines Kondensators bekannt, wobei der Kältemittelflansch einen angeformten Stutzen aufweist, welcher in eine Bohrung des Sammelrohres gesteckt und mittels eines Stempels derart aufgeweitet wird, dass eine Fixierung und Verankerung des Flansches auf dem Sammelrohr erreicht wird. Anschließend erfolgt die Verlötung von Sammelrohr und Flansch. Auch diese Art der Verbindung ist kostenaufwän- dig, insbesondere wegen der Ausbildung des Flansches.
Durch die oben genannte EP 1 439 367 A1 , von der die Erfindung ausgeht, wurde (gemäß Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6) eine Verbindung zwischen einem Sammelrohr und einem Kältemittelanschlussflansch bekannt, wobei das Sammelrohr zweiteilig ausgebildet ist und einen Deckel mit ausgeformtem Kragen aufweist, der in eine Bohrung des Anschlussflansches gesteckt wird. Dabei ist zur Fixierung des Anschlussflansches auf dem Sammelrohr ein leichter Klemmsitz vorgesehen. Nachteilig hierbei könnte sein, dass der Klemmsitz für eine sichere Fixierung nicht immer ausreichend ist und dass eine Verdrehung zwischen Anschlussflansch und Sammelrohr um die Achse des Kragens auftreten könnte.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmeübertrager der ein- gangs genannten Art bezüglich seiner Herstellung, insbesondere hinsichtlich der Verbindung zwischen Anschlussflansch und Sammelrohr einfacher und sicherer zu gestalten sowie ein verbessertes Verfahren zur Fixierung des Anschlussflansches am Sammelrohr bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird zunächst durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der in eine Bohrung des Anschlussflansches eingesetzte Kragen mittels eines Polygonstempels derart plastisch verformt wird, dass eine Fixierung erfolgt. Unter Polygonstempel ist ein Umform- oder Aufweitwerkzeug zu verstehen, welches keinen kreisrun- den Querschnitt, sondern einen Polygonquerschnitt aufweist, der sich in Richtung auf eine Spitze hin leicht verjüngt. Beispielsweise kann der Polygonstempel drei, vier oder sechs Flächen aufweisen, die sich pyramidenartig verjüngen oder als Pyramidenstumpf ausgebildet sind. Mit diesem Werkzeug wird der im Anschlussflansch steckende Kragen verformt. Damit wird der Vorteil einer verbesserten Fixierung des Anschlussflansches auf dem Sammelrohr erreicht. Der für die nachfolgende Lötung vorbereitete, komplettierte Wärmeübertrager kann infolge der erfindungsgemäßen Fixierung ohne weitere Löthilfen in einem Lötofen gelötet werden, so dass eine Dichtlötung zwischen dem Kragen und dem Anschlussflansch erzielt wird,
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt durch das Hineindrücken des Polygonstempels in den Kragen des Sammelrohres eine Aufweitung des Kragens gegenüber der Bohrung des Anschlussflansches, wobei ein inniger Kontakt zwischen Kragen und Anschlussflansch im Bereich der Polygon- ecken bzw. -kanten hergestellt wird. Es erfolgt also nur eine partielle Aufweitung - bei einem Sechseckquerschnitt also nur an sechs Ecken bzw. Kanten, jeweils um 60 Grad auf dem Umfang versetzt. Dies begünstigt infolge Lotspaltbildung eine sichere Dichtlötung. Nach der Aufweitung mittels Polygonstempel weist der Innenquerschnitt des Kragens einen Polygon-, vor- zugsweise einen Sechseckquerschnitt - wie ein Innensechskant - auf.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Sammelrohr zweiteilig, d. h. mit einem Deckel und Bodenteil ausgebildet, wobei der Kragen am Deckel angeformt ist. Dadurch ergeben sich Vorteile bei der Herstellung des Kra- gens und beim Fixieren mittels des Polygonstempels.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 5 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zunächst der aus dem Sammelrohr ausgeformte Kragen in die Bohrung des Anschlussflansches eingesetzt und anschließend mittels des Polygonstempels durch Aufweitung fixiert wird. Anschlussflansch und Sammelrohrdeckel sind danach hinreichend fest miteinander verbunden, dass danach eine Lötung ohne weitere Hilfsmittel erfolgen kann. - A -
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 einen Ausschnitt eines Kondensators mit einem Anschlussflansch vor dessen Montage,
Fig. 2 den auf dem Sammelrohr des Kondensators montierten Anschlussflansch und
Fig. 3 eine Ansicht von innen auf das Sammelrohr im Bereich des Anschlussflansches.
Fig. 1 zeigt einen Eckausschnitt eines Kondensators 1 für eine nicht dargestellte Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges. Der Kondensator 1 weist einen aus Flachrohren 2 und nicht dargestellten Rippen bestehenden Kondensatorblock 3 auf, welcher mit einem Sammelrohr 4 verbunden ist. Ein weiteres Sammelrohr auf der entgegengesetzten Seite des Kondensatorblockes ist nicht dargestellt. Das Sammelrohr 4 ist zweiteilig ausgebildet, d. h. es weist einen Boden 5 und einen Deckel 6 auf, welche einen etwa halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen und ineinander gesetzt sind. Stirnseitig ist das Sammelrohr 4 durch eine Endwand 7 abgeschlossen und bildet einen Hohlraum, welcher mit den Flachrohren 2 kommuniziert. Aus dem Deckel 6 ist ein Kragen 8 einstückig ausgeformt, d. h. durch Lochstanz-Prägen.
In der Zeichnung oberhalb des Sammelrohres 4 ist ein Anschlussflansch 9 dargestellt, der mit dem Sammelrohr 4 zu verbinden ist. Der Anschluss- flansch 9 weist eine Durchgangsbohrung 10 auf, welche einerseits mit einer nicht dargestellten Kältemittelanschlussleitung und andererseits mit dem Kragen 8 des Sammelrohres 4 verbunden wird. Die in der Zeichnung dargestellten Einzelteile 2, 5, 6, 7, 8, 9 bestehen aus Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen und werden miteinander verlötet. Zur Vorbereitung des Lötpro- zesses werden alle Teile zusammengefügt, insbesondere wird der Anschlussflansch 9 mit seiner Durchgangsbohrung 10 auf den Kragen 8 des Sammelrohres 4 gesetzt. Damit erfolgt bereits eine vorläufige Positionierung und Zentrierung des Anschlussflansches 9 auf dem Sammelrohr 4. Fig. 2 zeigt den Flansch 9, aufgesetzt auf den Deckel 6 des Sammelrohres 4.
Fig. 3 zeigt eine Ansicht in Richtung X auf den Deckel 6, wobei der Strö- mungsquerschnitt des Kragens 8 als geschwärzte Kreisfläche 8a erscheint. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Kreisquerschnitt 8a mittels eines nicht dargestellten Polygonstempels verformt, d. h. insbesondere gegenüber der Durchgangsbohrung 10 des Anschlussflansches 9 aufgeweitet wird. Unter Polygonstempel soll ein dornförmiges Werkzeug verstanden werden, welches einen nicht kreisförmigen, polygonförmigen Querschnitt aufweist, welcher sich in Stossrichtung verjüngt, d. h. keilförmig oder pyramiden- stumpfförmig ausgebildet ist. Insofern erfolgt eine Verformung des Innendurchmessers des Kragens 8 im Wesentlichen über die Polygonkanten, welche sich in das Material des Kragens 8 eingraben und dieses nach außen drücken, wodurch eine Pressung entsteht. Der Querschnitt des Polygonstempels hat vorzugsweise die Form eines regelmäßigen Sechsecks, wobei allerdings auch mehr oder weniger Ecken möglich sind. Durch diese Umformung des Kragens wird eine hinreichende Fixierung zwischen Sammelrohr 4, respektive Deckel 6 und Anschlussflansch 9 erreicht. In diesem fixierten Zustand können Anschlussflansch 9 und Deckel 6 sowie der gesamte Kondensator 1 in einem Arbeitsgang in einem nicht dargestellten Lötofen gelötet werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Wärmeübertrager, insbesondere Kondensator (1) für Klimaanlagen, insbesondere von Kraftfahrzeugen mit mindestens einem Sammelrohr (4) und mit mindestens einem Anschlussflansch (9), der mit dem Sammelrohr (4) stoffschlüssig verbunden ist und in kommunizierender Verbindung steht, wobei das Sammelrohr (4) einen Kragen (8) und der Anschlussflansch (9) eine Bohrung (10) aufweisen, in welcher der
Kragen (8) vor der stoffschlüssigen Verbindung fixierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kragen (8) durch eine Umformung mittels eines einen Polygonquerschnitt aufweisenden Stempels fixierbar ist.
2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kragen (8) einen Innenquerschnitt (8a) aufweist, der mittels des Polygonstempels gegen die Bohrung (10) aufweitbar ist.
3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich- net, dass das Sammelrohr (4) zweiteilig ausgebildet ist und einen Boden (5) und einen Deckel (6) aufweist, an welchem der Kragen (8) einstückig angeformt ist.
4. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Kragen (8) nach der Umformung bzw. Aufwertung einen Innenquerschnitt (8a) mit der Form eines Polygons, vorzugsweise eines regelmäßigen Sechsecks aufweist.
5. Verfahren zur stoffschlüssigen Verbindung, insbesondere zum Löten eines Wärmeübertragers (1) mit mindestens einem Sammelrohr (4) und einem daran zu befestigenden Anschlussflansch (8), dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Sammelrohr (4, 6) ein Kragen (8) ausgeformt, dass der Anschlussflansch (9) auf dem Sammelrohr (4, 6) positioniert und der Kragen (8) in eine Bohrung (10) des Anschlussflansches (9) eingesetzt, anschließend mittels eines Polygonstempels umgeformt, damit fixiert und anschließend in einem Lötofen gelötet wird.
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