EP1867945A1 - Wärmetauscher mit geklebtem Sammelkasten - Google Patents

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EP1867945A1
EP1867945A1 EP07010412A EP07010412A EP1867945A1 EP 1867945 A1 EP1867945 A1 EP 1867945A1 EP 07010412 A EP07010412 A EP 07010412A EP 07010412 A EP07010412 A EP 07010412A EP 1867945 A1 EP1867945 A1 EP 1867945A1
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heat exchanger
box
bottom element
exchanger according
collar
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EP07010412A
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French (fr)
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Dieter Gross
Volker Kurz
Marcus Schöll
Martin Wagner
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Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
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    • 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
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    • F28F2275/14—Fastening; Joining by using form fitting connection, e.g. with tongue and groove
    • F28F2275/143—Fastening; Joining by using form fitting connection, e.g. with tongue and groove with pin and hole connections

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger, in particular for a motor vehicle, according to the preamble of claim 1.
  • the bonding of the bottom element with the box is coolant-tight, in particular, no further seal between the bottom element and the box is provided.
  • the bonding exercises at the same time holding as well as sealing functions, so that costs and space can be saved in a particularly effective manner.
  • the bottom element is made of an aluminum alloy.
  • the box consists of a plastic, in particular a polyamide.
  • a collar of the bottom element is arranged between two legs of the box.
  • a simple and secure bonding can be achieved even with automated production, wherein at the same time in a small space, a high compressive strength of the compound despite relatively low material thicknesses can be achieved.
  • an adhesive of the bond between an end face of the collar and a bottom surface of the box located between the legs is arranged.
  • the adhesive of the bond between a side surface of the collar and a side surface of at least one of the legs is arranged.
  • the assembly of the box is preferably made possible by appropriate insertion bevels on both legs of the box bottom.
  • a secure engagement of the knob is achieved in the bottom part with the corresponding shape in the outer leg of the box.
  • a projection is arranged on at least one of the two, bottom element or box, and at the respectively other of the two a recess associated with the projection, wherein the projection engages positively in the recess in an assembled state.
  • This is a mechanical connection of floor element and box provided in the manner of a latching, which ensures on the one hand additional mechanical stability and on the other in the course of manufacturing a secure fixation during curing of the adhesive, without further means for supporting the bottom element and box during the curing of the adhesive are required.
  • the projection is formed as a bulge in a collar of the bottom element, which can be produced in a simple manner, for example by an impression in a wall of the bottom element in the course of the formation of the bottom element.
  • the bottom element is preferably a sheet metal part produced by means of punching and bending. As a result, the bottom element is particularly inexpensive to produce.
  • the bond comprises an adhesive based on epoxy resin.
  • epoxy resin adhesive particularly well meet the thermal, corrosive, chemical and mechanical requirements at the site of the bond in question.
  • the heat exchanger is a main cooler for an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the solution according to the invention of a heat exchanger offers particular advantages over the prior art.
  • a bevel is also attached to the inner sides of the box legs.
  • the invention further relates to a motor vehicle having a heat exchanger according to one of claims 1 to 13.
  • the heat exchanger comprises a plurality of flat tubes designed as parallel exchanger tubes 1. Between the exchanger tubes 1 each cooling fins are arranged, which are flowed around by cooling air and improve the heat exchanger performance.
  • the flat tubes 1 are flowed through by a liquid coolant of a main engine of a motor vehicle, so that the heat of the coolant will be released to the cooling outside air.
  • the exchanger tubes 1 consist of an aluminum alloy. At the end they each open into a bottom element 3.
  • the bottom elements 3 are produced as shaped parts from sheets of aluminum alloy by means of punching and bending.
  • the exchanger tubes 1 pass through their respective associated punched holes in the bottom element 3 and are soldered in the region of the punched-outs with the bottom element 3 in a coolant-tight manner.
  • the bottom elements have a substantially U-shaped cross-section with a flat bottom part of the U, which is penetrated by the exchanger tubes 1.
  • the lateral legs 3a, 3b of the U-shaped cross-section belong to a peripheral collar of the bottom element 3 and are each in corresponding formations of a respective box 4th used the heat exchanger.
  • the boxes 4 are made of a glass fiber reinforced polyamide.
  • the formations of the boxes 4 for receiving the collar or the legs 3a, 3b of the bottom member 3 in cross-section respectively two legs 4a, 4b, between which the respective leg 3b of the bottom element 3 is inserted.
  • a recess 5 is provided, which corresponds in the assembled state with a knob or a circumferential protuberance 6 of the leg 3b of the bottom element 3.
  • leg 3b in the course of insertion into the recess between the legs 4a, 4b of the box 4 with its nub 6 initially abuts a bevelled edge 8 of the leg 4b, whereby the leg 4b of the box elastic is bent on the outside. The end portion of the leg 3b then abuts a chamfer 9 of the other box leg 4a, which is elastically bent in the opposite direction.
  • the nub 6 can engage in the recess 5 of the leg 4b, there is an elastic deformation of the leg 4b of the box, after which the nub 6 engages in the recess 5 in the sense of a latching and the legs 3b mechanically between the legs 4a, 4b supports.
  • the leg 3b of the bottom element 3 may have a resilient deformability in order to lock the box 4. Any suitable type of detent geometry can be used at this point.
  • the leg 3b of the bottom member 3 at its end a convex formation 12, which is preferably designed round or pointed.
  • the shape is geometrically adapted to the recess between the legs 4a, 4b of the box 4, that the gap between the box and the bottom element in this area a substantially uniform width having. This will allow for improved drainage of the adhesive and may reduce or eliminate trapped air.
  • an adhesive based on epoxy resin was preferably applied either to the collar 3b or into the intermediate space between the legs 4a, 4b or both prior to the insertion of the collar 3b.
  • the adhesive 10 is provided only on one end face of the collar 3b, whereby only a small amount of adhesive is required. But it can also be used an amount of adhesive, which also causes a surface sticking of the sides of the collar 3b on the opposite surfaces of the legs 4a, 4b, so that a particularly large-area and secure bonding is given.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Mehrzahl von Tauscherrohren (1), wobei die Tauscherrohre (1) von einem Kühlmittel durchströmbar und von einem Luftstrom zur Kühlung des Kühlmittels umströmbar sind, ein Bodenelement (3), wobei die Tauscherrohre (1) jeweils an dem Bodenelement (3) festgelegt sind, und ein kühlmitteldicht an dem Bodenelement (3) festgelegter Kasten (4), wobei durch das Bodenelement (3) und den Kasten (4) ein Hohlraum zur gesammeken Führung des Kühlmittels ausgebildet ist, wobei das Bodenelement (3) mit dem Kasten (4) verklebt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aus der Praxis des Baus von Wärmetauschern für Kraftfahrzeuge ist es bekannt, ein zumeist aus Metall bestehendes Bodenelement, in welchem Tauscherrohre münden, mit einem Wärmetauscherkasten aus Kunststoff zu verbinden, wobei zur Abdichtung zwischen Bodenelement und Kasten eine Gummidichtung eingelegt ist. Neben den Kosten für eine solche speziell geformte Dichtung besteht ein hoher Fertigungsaufwand, da lediglich eine manuelle Montage eine zuverlässige Platzierung der Dichtung ermöglicht.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Wärmetauscher anzugeben, bei dem die Verbindung von Bodenelement und Kasten auf einfache, sichere und kostengünstige Weise gewährleistet ist.
  • Diese Aufgabe wird für einen eingangs genannten Wärmetauscher erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Verklebung von Bodenelement und Kasten werden verbesserte Haltekräfte erreicht und einer Automatisierung der Montage Vorschub geleistet. Zudem können die erforderlichen Bauräume im Bereich der Verbindung verkleinert werden, was gerade bei den steigenden Anforderungen an For men und Bauraumgröße von Kühlmittelkühlem in Kraftfahrzeugen vorteilhaft ist.
  • In besonders bevorzugter Ausführung ist die Verklebung des Bodenelementes mit dem Kasten kühlmitteldicht, wobei insbesondere keine weitere Dichtung zwischen Bodenelement und Kasten vorgesehen ist. Hierbei übemimmt die Verklebung zugleich haltende wie auch dichtende Funktionen, so dass Kosten und Bauraum auf besonders effektive Weise eingespart werden.
  • Allgemein bevorzugt besteht das Bodenelement aus einer Aluminiumlegierung. Weiterhin vorteilhaft besteht der Kasten aus einem Kunststoff, insbesondere einem Polyamid. Diese Materialpaarungen haben sich hinsichtlich Kosten, Gewicht und Bauraum bei Hauptkühlem für Kraftfahrzeuge auf besondere Weise bewährt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Kragen des Bodenelementes zwischen zwei Schenkeln des Kastens angeordnet. Hierdurch lässt sich eine einfache und sichere Verklebung auch bei automatisierter Herstellung erreichen, wobei zugleich bei kleinem Bauraum eine hohe Druckfestigkeit der Verbindung trotz relativ geringer Materialstärken erzielbar ist. Bevorzugt ist ein Klebstoff der Verklebung zwischen einer Stirnfläche des Kragens und einer zwischen den Schenkeln befindlichen Bodenfläche des Kastens angeordnet. Alternativ oder ergänzend ist der Klebstoff der Verklebung zwischen einer Seitenfläche des Kragens und einer Seitenfläche zumindest eines der Schenkel angeordnet. Die Montage des Kastens wird vorzugsweise durch entsprechende Einführschrägen an beiden Schenkeln des Kastenbodens ermöglicht. Darüber hinaus wird dadurch unter Umständen ein sicheres Einrasten der Noppe ins Bodenteil mit der korrespondierenden Ausformung im äußeren Schenkel des Kastens erreicht.
  • In bevorzugter Ausführung ist an zumindest einem der beiden, Bodenelement oder Kasten, ein Vorsprung angeordnet und an dem jeweils anderen der beiden eine dem Vorsprung zugeordnete Ausnehmung, wobei der Vorsprung in einem zusammengebauten Zustand formschlüssig in die Ausnehmung eingreift. Hierdurch ist eine mechanische Verbindung von Bodenelement und Kasten nach Art einer Einrastung bereitgestellt, die zum einen eine zusätzliche mechanische Stabilität gewährleistet und zum anderen im Zuge der Herstellung eine sichere Fixierung während einer Aushärtung des Klebers, ohne dass weitere Mittel zur Halterung von Bodenelement und Kasten während der Aushärtung des Klebers erforderlich sind. Besonders vorteilhaft ist dabei der Vorsprung als Ausbuchtung in einem Kragen des Bodenelements ausgebildet, was auf einfache Weise zum Beispiel durch eine Einprägung in eine Wandung des Bodenelements im Zuge der Ausformung des Bodenelements herstellbar ist.
  • Allgemein bevorzugt ist das Bodenelement ein insbesondere mittels Stanzung und Biegung hergestelltes Blechformteil. Hierdurch ist das Bodenelement besonders kostengünstig herstellbar.
  • In vorteilhafter Ausführung umfasst die Verklebung einen Klebstoff auf Epoxidharzbasis. Versuche haben gezeigt, dass Epoxidharzkleber den thermischen, korrosiven, chemischen und mechanischen Anforderungen an der Stelle der fraglichen Verklebung besonders gut genügen.
  • Allgemein bevorzugt ist der Wärmetauscher ein Hauptkühler für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs. Bei dieser Art von Bauteilen ist wie in vielen Fällen der Großserienfertigung von Kraftfahrzeugteilen ein erheblicher Kostendruck gegeben, so dass die erfindungsgemäße Lösung eines Wärmetauschers hier besondere Vorteile gegenüber dem Stand der Technik bietet.
  • Um die Kühtmitteiströmung auf der Innenseite des Kastens nicht negativ zu beeinflussen, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform an den Innenseiten der Kastenschenkel ebenfalls eine Abschrägung angebracht.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug mit einem Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
    • Fig. 1 zeigt eine räumliche schematische Gesamtansicht eines Wärmetauschers gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel.
    • Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht des Details A aus Fig. 1.
    • Fig. 3 zeigt eine Detailvergrößerung der Ansicht aus Fig. 2.
    • Fig. 4 zeigt ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel.
  • Der Wärmetauscher gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst eine Mehrzahl von als Flachrohre ausgebildeten, parallel angeordneten Tauscherrohren 1. Zwischen den Tauscherrohren 1 sind jeweils Kühlrippen angeordnet, die von Kühlluft umströmt werden und die Tauscherleistung verbessern. Die Flachrohre 1 werden von einem flüssigen Kühlmittel eines Hauptmotors eines Kraftfahrzeugs durchströmt, so dass die Wärme des Kühlmittels an die kühlende Außenluft abgeben wird.
  • Die Tauscherrohre 1 bestehen aus einer Aluminiumlegierung. Endseitig münden sie jeweils in ein Bodenelement 3. Die Bodenelemente 3 sind als Formteile aus Blechen einer Aluminiumlegierung mittels Stanzung und Biegung hergestellt. Die Tauscherrohre 1 durchgreifen ihnen jeweils zugeordnete Ausstanzungen in dem Bodenelement 3 und sind im Bereich der Ausstanzungen mit dem Bodenelement 3 kühlmitteldicht verlötet.
  • Gemäß Fig. 2 haben die Bodenelemente einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt mit einem flachen Bodenteil des U, der von den Tauscherrohen 1 durchgriffen wird. Die seitlichen Schenkel 3a, 3b des U-förmigen Querschnitts gehören zu einem umlaufenden Kragen des Bodenelements 3 und sind jeweils in korrespondierende Ausformungen eines jeweiligen Kastens 4 des Wärmetauschers eingesetzt. Die Kästen 4 bestehen aus einem glasfaserverstärkten Polyamid.
  • Gemäß der Detaildarstellung Fig. 3 haben die Ausformungen der Kästen 4 zur Aufnahme des Kragens bzw. der Schenkel 3a, 3b des Bodenelements 3 im Querschnitt jeweils zwei Schenkel 4a, 4b, zwischen denen der jeweilige Schenkel 3b des Bodenelements 3 eingeführt ist.
  • In dem einen Schenkel 4b des Kastens 4 ist eine Ausnehmung 5 vorgesehen, die im zusammengebauten Zustand mit einer Noppe oder einer umlaufenden Ausstülpung 6 des Schenkels 3b des Bodenelements 3 korrespondiert.
  • Aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass der Schenkel 3b im Zuge des Einsteckens in die Ausnehmung zwischen den Schenkeln 4a, 4b des Kastens 4 mit seiner Noppe 6 zunächst an eine abgeschrägte Flanke 8 des Schenkels 4b anstößt, wodurch der Schenkel 4b des Kastens elastisch nach außen gebogen wird. Der Endbereich des Schenkels 3b stößt sodann an eine Abschrägung 9 des anderen Kastenschenkels 4a an, der elastisch in Gegenrichtung gebogen wird. Sobald die Noppe 6 in die Ausnehmung 5 des Schenkels 4b eingreifen kann, kommt es zu einer elastischen Rückverformung des Schenkels 4b des Kastens, wonach im Sinne einer Einrastung die Noppe 6 in die Ausnehmung 5 eingreift und den Schenkel 3b mechanisch zwischen den Schenkeln 4a, 4b haltert. Alternativ oder ergänzend kann der Schenkel 3b des Bodenelements 3 eine federnde Verformbarkeit aufweisen, um den Kasten 4 einzurasten. Jede geeignete Art einer Rastgeometrie kann an dieser Stelle eingesetzt werden.
  • Gemäß einer in Fig. 4 gezeigten Variante weist der Schenkel 3b des Bodenelements 3 an seinem Ende eine konvexe Ausformung 12 auf, welche bevorzugt rund oder auch spitz ausgestaltet ist. Insbesondere ist die Ausformung geometrisch derart an die Ausnehmung zwischen den Schenkeln 4a, 4b des Kastens 4 angepasst, dass der Spalt zwischen dem Kasten und dem Bodenelement in diesem Bereich eine im Wesentlichen gleichmäßige Breite aufweist. Dadurch wird ein verbessertes Abfließen des Klebstoffs ermöglicht und Lufteinschlüsse werden unter Umständen vermindert oder vermieden.
  • Beim Zusammenbau des Wärmetauschers wurde vor dem Einstecken des Kragens 3b ein Klebstoff bevorzugt auf Basis von Epoxidharz entweder auf den Kragen 3b oder in den Zwischenraum zwischen den Schenkeln 4a, 4b oder auf beide aufgebracht. In der Darstellung gemäß Fig. 3 ist der Klebstoff 10 lediglich auf einer Stirnseite des Kragens 3b vorgesehen, wodurch eine nur geringe Klebstoffmenge benötigt wird. Es kann aber auch eine Klebstoffmenge verwendet werden, die zudem ein flächiges Ankleben der Seiten des Kragens 3b an den gegenüberliegenden Flächen der Schenkel 4a, 4b bewirkt, so dass eine besonders großflächige und sichere Verklebung gegeben ist.
  • Nach Aushärten des Klebstoffs 10, der auch im ausgehärteten Zustand eine Restelastizität aufweisen kann, ist eine dichte und feste Verbindung zwischen dem Bodenelement 3 und dem Kasten 4 gegeben. Bodenelement 3 und Kasten 4 bilden zusammen einen Hohlraum zur Führung von Kühlmittel, wobei das Kühlmittel je nach Fließrichtung von dem Hohlraum 11 auf die Tauscherrohre 1 verteilt oder aus ihnen gesammelt wird.

Claims (14)

  1. Wärmetauscher, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Mehrzahl von Tauscherrohren (1), wobei die Tauscherrohre (1) von einem Kühlmittel durchströmbar und von einem Luftstrom zur Kühlung des Kühlmittels umströmbar sind,
    ein Bodenelement (3), wobei die Tauscherrohre (1) jeweils an dem Bodenelement (3) festgelegt sind, und
    ein kühlmitteldicht an dem Bodenelement (3) festgelegter Kasten (4), wobei durch das Bodenelement (3) und den Kasten (4) ein Hohlraum zur gesammelten Führung des Kühlmittels ausgebildet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Bodenelement (3) mit dem Kasten (4) verklebt ist.
  2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die Verklebung des Bodenelements (3) mit dem Kasten (4) kühlmitteldicht ist, wobei insbesondere keine weitere Dichtung zwischen Bodenelement (3) und Kasten (4) vorgesehen ist.
  3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenelement (3) aus einer Metalllegierung, vorzugsweise einer Remanit-, Eisen-, Buntmetall- oder Aluminiumlegierung besteht.
  4. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kasten (4) aus einem Kunststoff, insbesondere einem Polyamid, besteht.
  5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kragen (3a, 3b) des Bodenelements (3) zwischen zwei Schenkeln (4a, 4b) des Kastens (4) angeordnet ist.
  6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klebstoff der Verklebung zwischen einer Stirnfläche des Kragens (3a, 3b) und einer zwischen den Schenkeln (4a, 4b) des Kastens (4) befindlichen Bodenfläche angeordnet ist.
  7. Wärmetauscher nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klebstoff der Verklebung zwischen einer Seitenfläche des Kragens (3a, 3b) und einer Seitenfläche zumindest eines der Schenkel (4a, 4b) des Kastens (4) angeordnet ist.
  8. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kragen (3a, 3b) des Bodenelements (3) eine zumindest abschnittsweise Verjüngung (7) aufweist
  9. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einem der beiden, Bodenelement (3) oder Kasten (4), ein Vorsprung (6) angeordnet ist und dass an dem jeweils anderen der beiden eine dem Vorsprung (6) zugeordnete Ausnehmung (5) angeordnet ist, wobei der Vorsprung (6) formschlüssig in die Ausnehmung (5) eingreift.
  10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (6) als Ausbuchtung in einem Kragen (3a, 3b) des Bodenelements (3) ausgebildet ist.
  11. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenelement (3) ein insbesondere mittels Stanzung und Biegung hergestelltes Blechformteil ist.
  12. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verklebung einen Klebstoff auf Epoxidharz-, Acrylat-, Polyurethan-, MS-Polymer und/oder Silikonbasis umfasst.
  13. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher ein Hauptkühler für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs ist.
  14. Kraftfahrzeug, umfassend einen Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
EP07010412A 2006-06-16 2007-05-25 Wärmetauscher mit geklebtem Sammelkasten Withdrawn EP1867945A1 (de)

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EP07010412A Withdrawn EP1867945A1 (de) 2006-06-16 2007-05-25 Wärmetauscher mit geklebtem Sammelkasten

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DE (1) DE102006028143A1 (de)

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