EP2136160A2 - Integrated component that includes a collector and an internal heat exchanger as well as a method for manufacturing the component - Google Patents

Integrated component that includes a collector and an internal heat exchanger as well as a method for manufacturing the component Download PDF

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Publication number
EP2136160A2
EP2136160A2 EP20090007585 EP09007585A EP2136160A2 EP 2136160 A2 EP2136160 A2 EP 2136160A2 EP 20090007585 EP20090007585 EP 20090007585 EP 09007585 A EP09007585 A EP 09007585A EP 2136160 A2 EP2136160 A2 EP 2136160A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coiled tubing
tube
container
collector
section
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Withdrawn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
EP20090007585
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Alexander Satrapa
Karl-Heinz Staffa
Ulrich Vedder
Christoph Walter
Wolfgang Geiger
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.)
Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
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 Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
Publication of EP2136160A2 publication Critical patent/EP2136160A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F25B43/00—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat
    • F25B43/006—Accumulators
    • 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
    • F25B40/00—Subcoolers, desuperheaters or superheaters
    • F25B40/02—Subcoolers
    • 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
    • F25B2500/00—Problems to be solved
    • F25B2500/01—Geometry problems, e.g. for reducing size

Definitions

  • the invention relates to an integrated, a collector and an internal heat exchanger comprehensive unit according to the preamble of claim 1 and a method for producing the structural unit according to the preamble of claim 10th
  • Integrated assemblies comprising a collector and an internal heat exchanger for a refrigerant circuit are known, especially in CO 2 air conditioners.
  • the collector which is arranged in the flow direction behind an evaporator of the refrigerant circuit, the task of separating the liquid and gaseous phase of the refrigerant vapor from each other and also act as a refrigerant reservoir.
  • the inner heat exchanger which is arranged in the flow direction behind a gas cooler of the refrigerant circuit, represents a thermal coupling of the high pressure side (gas cooler) and the low pressure side (evaporator) and thus enables heat transfer from the hot to the cold refrigerant side.
  • the Applicant has disclosed an integrated header heat exchanger assembly in which a high pressure tube formed as a coiled tubing is disposed in an annular gap between a header outer wall and a header housing inner wall and is fluid tight against both the inner and outer walls. This creates a helical channel through which the low pressure refrigerant flows in countercurrent to the high pressure refrigerant in the coiled tubing.
  • the problem with this design is the introduction of the coiled tubing in the annular gap between the two cylinder walls. During the axial insertion of the coiled tubing in the annular gap, there is a risk that the coiled tubing scratched against the cylinder walls and thereby chips can be formed, which would be very harmful for the refrigerant circuit.
  • the object of the invention is solved by the features of claim 1.
  • the coiled tubing with the inner and outer wall, which form the annular gap forms a frictional connection.
  • the coiled tubing is thus frictionally against the cylinder walls both inside and outside and forms a press fit with these.
  • the coiled tubing is frictionally fixed relative to the two cylinders of the housing shell and collector.
  • the adhesion is caused by radial forces, which result from an elastic tensile stress of the housing shell and a compressive stress of the collector wall.
  • By frictional engagement of the coiled tubing a defined helical flow channel between the turns of the coiled tubing is formed, so that there is a good efficiency for the internal heat exchanger.
  • ringing noises and signs of wear are reliably avoided. Additional constructive aids, for example, for fixing the collecting container are superfluous. The construction becomes lighter and easier.
  • the frictional connection between coiled tubing and the cylinder walls is achieved by a plastic deformation of the coiled tubing, d. H. by a deformation which lies outside the elastic range of the material of the coiled tubing and is not subject to re-deformation. This is a permanent adhesion, combined with a work hardening of the pipe material achieved.
  • the collector is made of a plastic material, in particular a polyamide with the commercial name PA66.
  • a plastic material in particular a polyamide with the commercial name PA66.
  • PA66 commercial name PA66
  • the collector may be double-walled, z. B. with a metallic cylinder, which is thermally insulated by an inner or outer plastic cylinder or other insulating layer.
  • a profiled tube cross-section can be used, for. B. a profiled on the outside extruded tube.
  • the profile on the outside can be rectangular, tooth-shaped, wavy or triangular.
  • the advantage thus achieved is that the contact surface of the high-pressure tube on the inner cylinder (the collecting container) and thus the heat transfer can be reduced.
  • the tube can also be provided with an asymmetrical profile, whereby the inner cylinder a minimal investment and on the outer cylinder (housing shell) an enlarged contact surface is achieved.
  • the outer profile of the high-pressure tube can be designed such that a constant distance is maintained between the tube turns.
  • the coiled tube on pipe ends which are guided by a lid and / or a bottom of the assembly and rolled or rolled in the lid or the floor.
  • This achieves the advantage of a heat-tight fluid-tight, in particular gas-tight connection between the tube coil and the housing of the structural unit.
  • a fixation of the coiled tubing is achieved by the rolling, ie a plastic deformation of the tube material.
  • single-roller rolling is particularly advantageous as a result of the lack of heat input when there are plastic parts in the structural unit or on the structural unit. It is particularly advantageous if the openings in the bottom and lid undercuts, z. B.
  • the tube material can be hineinverdrlindt during rolling or curling in the wells, so that In addition to the adhesion and a positive connection results.
  • the connection can be loaded more strongly in the axial direction, ie the pull-out force for the tube is increased.
  • spacers are arranged between the bottom of the collector (the intermediate bottom) and the bottom of the assembly, which may be formed as pronounced nubs or as a spring element. This ensures a flow-through option for the low-pressure refrigerant vapor below the sump, so that the refrigerant can be extracted on the low-pressure side.
  • a circumferential annular groove is formed in the bottom of the assembly, in which engage the spacers.
  • the object of the invention is also achieved by the features of claim 10, wherein according to the invention the following method steps are provided: first, the coiled tubing is inserted with radial play in the annular gap and then expanded radially against the inner and outer walls.
  • the advantage is achieved that when inserting the coiled tubing no material contact, d. H. no chip formation and no scratching take place, but the parts to be mounted remain clean on their surface.
  • By widening a frictional and fluid-tight connection between the tube coil and cylinder walls is achieved and formed a helical flow channel.
  • the expansion takes place by means of a compressible or incompressible pressure medium, which is filled into the tube spiral and pressurized.
  • the coiled tube is subjected to an internal pressure, the so-called expansion pressure, which leads to an expansion of the tube cross-section and thus to a contact with the cylinder walls of the annular gap.
  • the expansion pressure depends on the material (yield strength), on the geometry of the pipe cross-section and the pipe wall thickness selected such that there is a sufficient adhesion or interference fit.
  • the expansion pressure is selected as a function of the bursting pressure to which the coiled tubing is designed with regard to the operating pressure.
  • the bursting pressure is approximately 1.1 to 1.5 times the expansion pressure. Preference is given to the largest possible ratio between bursting and expansion pressure, d. H. the lowest possible expansion pressure.
  • the expansion method according to the invention for the coiled tubing can be carried out without difficulty in terms of production engineering, in particular if a non-compressible medium such as water or oil is used as the pressure medium.
  • the tube cross-section of the coiled tube - before insertion into the annular gap and before the expansion - in the radial direction, d. H. in planes perpendicular to the winding axis of the coiled tubing shortened by forming: there is a so-called grading process by which the tube cross-section is flattened, planed, ovalized or formed into an elliptical cross-section.
  • This grading process has the advantage that the tube on the one hand easily, d. H. with radial play can be inserted into the annular gap and that the tube cross-section is deformed during expansion in a predetermined direction, for. B. outwards or inwards or on both sides the same or different. This avoids an uncontrolled widening of the coiled tubing and achieves a targeted installation of the coiled tubing on the inner and outer cylinders.
  • a profiled, preferably extruded tube for the inventive method d. H. the expansion process can be used.
  • the tube ends of the tube helix are rolled or rolled into the lid and / or the bottom of the structural unit before the tube helix is widened.
  • a fluid-tight and firm connection of the pipe ends with the housing of the unit is fixed and positioned within the housing of the unit before the expansion process. Therefore, no further fixing or positioning measures are required for the subsequent expansion process. This results in the advantage of a simple, safe installation and attachment of the coiled tubing in the unit.
  • Fig. 1 shows - in a half section - an integrated unit 1 as a component of a refrigerant circuit, not shown, for an air conditioning system of a motor vehicle, wherein as refrigerant preferably CO 2 , also known under the name R744, is used.
  • the integrated assembly 1 represents a combination of a refrigerant collector 2, also called collector 2 or collector 2 for short, and an internal heat exchanger 3, which comprises a coiled tube 4 with an inlet-side tube end 4a and an outlet-side tube end 4b.
  • the structural unit 1 has a housing 5 which comprises a cylindrical housing jacket 5a, a bottom 5b and a cover 5c.
  • the collector 2 is arranged coaxially with a cylindrical container jacket 2 a to form an annular gap 6.
  • the coiled tube 4 is arranged in the annular gap 6 and forms in each case with the inner wall of the housing shell 5a and the outer wall of the container shell 2a a non-positive connection, ie a press fit, which causes a fixation of the parts 2, 4, 5a against each other.
  • This arrangement creates between the turns of the coiled tubing 4, a helical flow channel 7, bounded by the outer walls of the coiled tubing 4, the inner wall of the housing shell 5a and the outer wall of the container shell 2a.
  • the coiled tubing 4 is also referred to as a high-pressure tube.
  • an approximately U-shaped suction pipe 8 is arranged, which has a pipe bend 8a with an attached oil filter 9, the function of which is known from the aforementioned prior art.
  • the housing bottom 5b and the housing cover 5c which are preferably welded to the housing jacket 5a, have four through holes 10, 11 for the high pressure inlet and high pressure outlet of the refrigerant, and 12, 13 for the low pressure inlet and low pressure outlet of the refrigerant.
  • the unit 1 is connected to the refrigerant circuit, not shown, with the high pressure inlet 10 downstream of a gas cooler, not shown, and the low pressure inlet 12 downstream of an evaporator, not shown, of the refrigerant circuit and the associated air conditioning ,
  • the pipe ends 4a, 4b are partially inserted into the through holes 10, 11 and rolled or rolled into the bottom 5b and in the lid 5c.
  • a fluid, in particular gas-tight connection of the pipe ends 4a, 4b with respect to the bottom 5b and lid 5c is achieved.
  • a pipe section 8b is pressed or rolled in the lower part.
  • the pipe section 8b of the low pressure inlet 12 communicates with the interior of the container 2.
  • Fig. 2 shows the container 2, also called collector or collection container, as a single assembly, wherein the same reference numerals for the same parts we in Fig. 1 be used.
  • the container 2 is preferably made of plastic, such as PA66, and in addition to the cylindrical container shell 2a and the bottom 2b a lid 2c, which has two openings for the passage of an outlet end 8c of the suction tube 8 and the tube section 8b, which with the lid 2c is connected.
  • the suction pipe 8 has an inlet end 8d, which opens into a gas filter 14. Further, a liquid separator 15 is disposed in the uppermost region of the container 2, immediately below the inlet-side pipe section 8b.
  • the function of an integrated collector-heat exchanger assembly is basically known from the aforementioned prior art, yet the operation of the in the FIGS. 1 and 2
  • the under high pressure refrigerant preferably CO 2
  • enters the unit 1 at the high pressure inlet 10 flows through the coiled tubing 4 (the high pressure pipe) from bottom to top and exits through the high pressure outlet 11 again of the unit 1 from.
  • the low-pressure refrigerant enters the assembly 1 at the low-pressure inlet 12, flows through the pipe section 8b into the interior of the collecting container 2, where it strikes the liquid separator 15 and flows around first radially outwards and then in the axial and tangential direction.
  • the liquid separator 15 is the subject of a simultaneous application of the applicant.
  • liquid refrigerant collects at the bottom 2b, the gaseous refrigerant enters through the gas filter 14 in the suction pipe 8, from which it emerges again via the outlet end 8c.
  • the low-pressure refrigerant vapor flows radially outward and enters the helical flow channel 7 between the turns of the coiled tubing 4 and flows through the flow channel 7 - from top to bottom - in countercurrent to the high-pressure refrigerant in the coiled tubing 4th After exiting the helical flow channel 7, the low-pressure refrigerant vapor flows under the bottom 2 b, from where it is sucked off via the low-pressure outlet 13.
  • Fig. 3a shows a circular tube cross section 16 of a coiled tubing, which is arranged in an annular gap 17 formed by two cylinder walls 18, 19.
  • the pipe cross-section 16 When the circular pipe cross-section 16 is acted upon with an internal pressure p 1 , the pipe cross-section would (in the ideal case) expand uniformly radially and also come to bear against the two cylinder walls 18, 19. Due to tolerance-related deviations of the pipe wall thickness, however, it can sometimes lead to uncontrolled widening.
  • Fig. 3b shows an elliptical tube cross-section 20 which is arranged with clearance in the annular gap 17.
  • the elliptical tube cross-section 20 is made by forming, a so-called grading, of a circular tube cross-section.
  • p i an internal pressure
  • the expansion pressure the tube cross-section will increase in the direction of the minor axis and decrease in the direction of the major axis. This achieves a defined widening direction, perpendicular to the cylindrical walls 18, 19, for the coiled tubing.
  • the expansion pressure for the elliptical cross section 20 is less than for the circular cross section 16 (FIG. Fig. 3a ).
  • Fig. 3c shows a further embodiment of a planarized tube cross-section 21, which has a flattened, parallel to the outer cylinder wall 19 extending side 21a.
  • Fig. 3d shows a further embodiment, namely an oval cross-section 22, which was prepared by forming from a circular pipe cross-section and is arranged here before expansion with clearance in the annular gap 17.
  • the flat sides 22a, 22b will initially bulge out, while the length of the oval will be shortened.
  • a defined contact with the cylinder walls 18, 19 is achieved by widening here, too.
  • the forming process or the so-called leveling can be performed by a correspondingly shaped pair of rollers, and immediately before winding the tube coil.
  • Fig. 4 shows a dimension of the elliptical cross-section 20 (see. Fig. 3b ) and the annular gap 17 with the cylinder walls 17, 18.
  • the small axis of the ellipse 20 is indicated by d and the gap width of the annular gap 17 with S.
  • the dimension d is also referred to as leveling, ie as the measure to which the output cross-section is compressed.
  • a preferred ratio of gap width S to leveling d is in the range of 1.05 to 1.15.
  • Fig. 5 shows a circular output pipe cross section with the diameter D and a planed elliptical cross section with the minor axis or the leveling d.
  • a preferred ratio of the pipe diameter D to the planing height d for the leveling and expansion process is in the range of 1.10 to 1.25.
  • Fig. 6 shows a profiled tube 23, which has on its circumference in the tube longitudinal direction extending ridges or ribs 23a.
  • the profiled tube 23 can preferably be produced by extrusion.
  • Fig. 6a is shown as a detail, the wall thickness w and the web height s (radial extent) of the webs 23a.
  • a preferred ratio of land height s to wall thickness w is in the range of 1.30 to 1.60.
  • Fig. 7 shows the wall thickness w of a circular pipe cross-section and the leveling d of an elliptical pipe cross-section.
  • Preferred ratios for the planing height d to the wall thickness w are in the range of 6.50 to 10.50.
  • FIGS. 8a, 8b, 8c show various embodiments for the isolation of a container shell.
  • Fig. 8a shows a double-walled cylindrical container shell 24, which has on its inside an insulating layer 24a; the outside is replaced by a metallic cylinder, z. B. formed an aluminum tube.
  • Fig. 8b shows a double-walled container casing 25, on the outside of which an insulating layer 25a is arranged.
  • the insulating layers 24a or 25a may also be inner or outer cylinders of a plastic material, which are pushed into the metallic or over the metallic cylinder.
  • Fig. 8c shows a fully insulated container shell 26, in which an outer layer 26a and an inner layer 26b are formed as Isolations füren- or cylinder.
  • Fig. 9 shows a cross section 27 of a profiled tube for a coiled tubing, which in the annular gap 17 between an inner cylinder 18 and a outer cylinder 19 is arranged.
  • the profile 27 is asymmetrical and has a pointed on the inner cylinder 18 tapered web 27a, whereby the contact surface and thus the heat conduction are reduced. When widening, the tip 27a digs into the cylinder wall 18, thus improving the seal.
  • Fig. 10 shows a further cross-sectional shape 28 for a coiled tubing, wherein the tube cross-section on the side to the inner cylinder 18 is unaffected and provided on the side to the outer cylinder 19 with a plurality of ribs 28a, 28b.
  • the heat conduction is reduced inwardly to the cylinder wall 18 and reinforced to the outer cylinder 19 out.
  • Fig. 11 shows a further embodiment with two in the annular gap 17 superposed profiled pipe sections 29, 30, wherein the webs or ribs 29a, 30a of adjacent pipe turns serve as spacers and thus ensure a defined distance of the pipe turns, especially after the expansion process.
  • flow channels are created with a defined cross section and therefore with a defined pressure drop for the flow medium (low pressure refrigerant vapor).
  • Fig. 12 shows a profiled tube cross section 31, which shows a combination of the cross sections 27, 28, 29 (FIG. FIGS. 9, 10, 11 ).
  • Fig. 13 shows a lid 32, comparable to the lid 5c in Fig. 1 ,
  • the lid 32 has a through hole 33 into which a pipe end 34 of a pipe coil, not shown, is inserted.
  • annular groove 35 (undercut) is incorporated, in the region of the inserted pipe end 34.
  • the pipe end 34 is gas-tightly connected by rolling with the lid 32. This is an unrepresented Rolling or rolling tool inserted into the pipe end 34 and pushes the pipe material by means of circular movements radially outwards, which is indicated by a double arrow P. In this case, the pipe material also flows into the undercut opening 35, which leads to improved seating and tightness.
  • Fig. 14 shows a further embodiment, wherein two undercut openings in the form of annular grooves 36, 37 are provided.
  • the pipe material of the pipe end 34 is thus displaced in both undercut openings 36, 37, so that there is an improvement of the positive connection and also the tightness.
  • Fig. 15 shows a further embodiment of the rolling of the pipe end 34.
  • the wall of the through hole 33 is provided here with a thread 38.
  • the pipe material is displaced into the thread grooves, whereby a thread-like positive connection is achieved.
  • the advantage here is that the thread 38 can relatively easily bring into the through hole 33.
  • Fig. 16 shows a further embodiment of the rolling of the pipe end 34, wherein the through hole 33 has a shoulder or a narrowing 33a, so that the pipe end is additionally fixed in one direction.
  • a drainage possibility for the refrigerant vapor should exist under the container bottom 2b a drainage possibility for the refrigerant vapor.
  • a gap which can be formed by suitable spacers.
  • the FIGS. 17, 18 and 19 show possibilities for the formation of such spacers.
  • Fig. 17 shows an outline of an inner container 39, the container 2 in Fig. 1 respectively.
  • the inner container 39 has a Floor 40 from which nubs 40a, 40b, 40c outwardly pronounced, which act as spacers.
  • Fig. 18 shows a further embodiment in which a housing bottom 41 is indicated, which the bottom 5b in Fig. 1 equivalent. From the bottom 41 nubs 41 a, 41 b, 41 c are pronounced upward, which serve as a spacer to the overlying, not shown container bottom.
  • Fig. 19 shows a further embodiment of the invention, in which a bottom 42 of an inner container is indicated, which has a round receiving opening 43 for a spring element 44 in its center.
  • the spring element 44 which may be formed as a compression spring acts here as a spacer to the bottom of the outer cylinder, not shown.
  • the assembly and expansion method according to the invention for fixing and positioning the coiled tubing 4 will be explained below, reference being made to FIGS FIGS. 1 and 2 is taken.
  • the housing shell 5a and the housing bottom 5b are connected to each other.
  • the tube cross-section of the coiled tubing 4 is leveled, as explained above.
  • the starting material for the production of the coiled tubing 4 is a tube with a circular cross-section, preferably of an aluminum material.
  • the coiled tubing 4 is produced by winding, wherein the leveling takes place to the required leveling just before winding.
  • the pipe ends 4a, 4b retain their circular cross-section and are bent in the axial direction.
  • the leveled coiled tubing 4 is then inserted into the housing shell 5 a, wherein the tube end 4 a is inserted into the through hole 10. Then the collection container 2, (completed as in Fig. 2 shown) inserted into the tube coil 4, wherein sufficient radial clearance is present. Alternatively, the collecting container 2 can also be inserted into the housing jacket 5 a before the pipe helix 4 is inserted. Subsequently, the cover 5c is placed on the housing shell 5a and fastened, for example by welding. When placing the lid 5 c, the upper tube end 4 b is inserted into the through hole 11. The pipe ends 4a, 4b are then rolled into the bottom 5b and the lid 5c, so that a gas-tight and firm connection is created.
  • the coiled tubing 4 is fixed in the axial direction (and also in the circumferential direction).
  • the pressurization of the tube coil 4 is carried out with a pressure medium, which can be supplied via the through-holes 10 and / or 11. Due to the expansion process, a reduction in the inner diameter and an increase in the outer diameter of the coiled tubing 4 with the result that this applies to form a frictional connection to the container shell 2a and the housing shell 5a.
  • the expansion takes place according to the above-mentioned characteristics, ie, the expansion pressure, which prevails in the coiled tubing as internal pressure, causes a plastic, ie permanent deformation, which has a permanent interference fit result.
  • the tube coil 4 thus sits firmly in the assembly 1.
  • the fluid channel 7 is thus formed as a continuous helical flow channel, so that a defined helical flow is ensured.
  • a bypass flow around the pipe turns around does not take place because of the fluid-tight contact of the coiled tubing 4. This results in a high and defined efficiency for the inner heat exchanger 3, which is formed by the metallic tube coil 4, the housing shell 5 a and the insulated container shell 2 a.

Abstract

The unit (1) has a cylindrical housing shell (5a), and a collector (2) comprising a cylindrical container shell (2a) forming an annular gap (6) with the housing shell. A helical tube (4) is arranged in the annular gap, and forms a force-fit connection with the housing shell and the container shell, where the collector is made from plastic e.g. polyamide. The collector includes a container base, and a spring unit e.g. pressure spring, is arranged between a base (5b) of the integrated unit and the container base, where a tube cross-section of the tube includes a profile with bars. An independent claim is also included for a method for manufacturing an integrated unit.

Description

Die Erfindung betrifft eine integrierte, einen Sammler und einen inneren Wärmeübertrager umfassende Baueinheit nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung der Baueinheit nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 10.The invention relates to an integrated, a collector and an internal heat exchanger comprehensive unit according to the preamble of claim 1 and a method for producing the structural unit according to the preamble of claim 10th

Integrierte Baueinheiten, die einen Sammler und einen inneren Wärmeübertrager für einen Kältemittelkreislauf umfassen, sind bekannt, insbesondere bei CO2-Klimaanlagen. Dabei hat der Sammler, welcher in Strömungsrichtung hinter einem Verdampfer des Kältemittelkreislaufes angeordnet ist, die Aufgabe, die flüssige und gasförmige Phase des Kältemitteldampfes voneinander zu separieren und darüber hinaus als Kältemittelspeicher zu fungieren. Der innere Wärmeübertrager, der in Strömungsrichtung hinter einem Gaskühler des Kältemittelkreislaufes angeordnet ist, stellt eine thermische Koppelung der Hochdruckseite (Gaskühler) und der Niederdruckseite (Verdampfer) dar und ermöglicht somit eine Wärmeübertragung von der warmen zur kalten Kältemittelseite.Integrated assemblies comprising a collector and an internal heat exchanger for a refrigerant circuit are known, especially in CO 2 air conditioners. In this case, the collector, which is arranged in the flow direction behind an evaporator of the refrigerant circuit, the task of separating the liquid and gaseous phase of the refrigerant vapor from each other and also act as a refrigerant reservoir. The inner heat exchanger, which is arranged in the flow direction behind a gas cooler of the refrigerant circuit, represents a thermal coupling of the high pressure side (gas cooler) and the low pressure side (evaporator) and thus enables heat transfer from the hot to the cold refrigerant side.

Für die integrierte Baueinheit, auch Kombieinheit genannt, sind verschiedene Bauweisen bekannt, z. B. durch die DE 10 2006 031 197 A1 , wobei der innere Wärmeübertrager durch ein Glatt- oder auch Rippenrohr (Hochdruckrohr) gebildet wird, welches in einem Ringspalt zwischen äußerem Gehäusemantel und innerem Sammelbehälter angeordnet ist.For the integrated unit, also called combination unit, various constructions are known, for. B. by the DE 10 2006 031 197 A1 , wherein the inner heat exchanger by a smooth or finned tube (high-pressure tube) is formed, which is arranged in an annular gap between the outer housing shell and inner reservoir.

Durch die DE 10 2006 017 432 A1 wurde ein ähnliches wendelförmiges Rippenrohr für das unter Hochdruck stehende Kältemittel bekannt. Bei diesen bekannten Bauarten liegen also nicht das Rohr, sondern die das Rohr umschließenden Rippen am inneren und äußeren Zylinder der Baueinheit an.By the DE 10 2006 017 432 A1 For example, a similar helical finned tube has been known for the high pressure refrigerant. In these known types are therefore not the pipe, but the pipe enclosing ribs on the inner and outer cylinders of the assembly.

Durch die DE 102 61 886 A1 wurde eine integrierte Baueinheit für eine CO2-Klimaanlage bekannt, wobei ein äußerer Gehäusezylinder und ein innerer Sammlerzylinder einen Ringspalt bilden, in welchem eine Rohrwendel mit radialem Abstand zu den Zylinderwänden angeordnet ist. Der Niederduck-Kältemitteldampf kann somit zwischen der Rohrwendel und den Zylinderwandungen hindurchströmen. Für eine vergleichbare Leistung muss die Rohrwendel (Hochdruckrohr) länger ausgebildet sein, was die Kosten erhöht. Der Wärmeübergang zwischen Hochdruck- und Niederdruckkältemittel ist nicht optimal. Darüber hinaus besteht der Nachteil, dass, insbesondere beim Fahrbetrieb in einem Kraftfahrzeug die Rohrwendel aufgrund von Schwingungen an die innere oder äußere Zylinderwand anschlagen kann, was zu unangenehmen Geräuschen (Klingeln) und zu einem vorzeitigen Verschleiß führt.By the DE 102 61 886 A1 has been known an integrated assembly for a CO 2 air conditioning system, wherein an outer housing cylinder and an inner collector cylinder form an annular gap in which a coiled tubing is arranged at a radial distance from the cylinder walls. The Niederduck refrigerant vapor can thus flow between the coiled tubing and the cylinder walls. For a comparable performance, the coiled tubing (high pressure tube) must be made longer, which increases the cost. The heat transfer between high pressure and low pressure refrigerant is not optimal. In addition, there is the disadvantage that, in particular when driving in a motor vehicle, the coiled tubing can strike against the inner or outer cylinder wall due to vibrations, which leads to unpleasant noises (ringing) and to premature wear.

Durch die DE 199 08 833 A1 der Anmelderin wurde eine integrierte Sammler-Wärmeübertrager-Baueinheit bekannt, bei welcher ein als Rohrwendel ausgebildetes Hochdruckrohr in einem Ringspalt zwischen einer Sammelbehälteraußenwand und einer Sammlergehäuseinnenwand angeordnet ist und sowohl an der Innen- als auch an der Außenwand fluiddicht anliegt. Dadurch wird ein wendelförmiger Kanal geschaffen, durch welchen das Niederdruckkältemittel im Gegenstrom zum Hochdruckkältemittel in der Rohrwendel strömt. Problematisch bei dieser Bauweise ist die Einbringung der Rohrwendel in den Ringspalt zwischen beiden Zylinderwänden. Beim axialen Einschieben der Rohrwendel in den Ringspalt besteht die Gefahr, dass die Rohrwendel an den Zylinderwänden ankratzt und dabei Späne gebildet werden können, was für den Kältemittelkreislauf sehr schädlich wäre.By the DE 199 08 833 A1 The Applicant has disclosed an integrated header heat exchanger assembly in which a high pressure tube formed as a coiled tubing is disposed in an annular gap between a header outer wall and a header housing inner wall and is fluid tight against both the inner and outer walls. This creates a helical channel through which the low pressure refrigerant flows in countercurrent to the high pressure refrigerant in the coiled tubing. The problem with this design is the introduction of the coiled tubing in the annular gap between the two cylinder walls. During the axial insertion of the coiled tubing in the annular gap, there is a risk that the coiled tubing scratched against the cylinder walls and thereby chips can be formed, which would be very harmful for the refrigerant circuit.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine integrierte Baueinheit der eingangs genannten Art derart zu gestalten, dass eine kompakte, betriebssichere Bauweise zu niedrigen Kosten und mit einem hohen Wirkungsgrad für den inneren Wärmeübertrager erzielt wird. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung der Baueinheit bereitzustellen, welches eine einfache, fertigungstechnisch beherrschbare, kostengünstige Montage der Baueinheit erlaubt.It is an object of the invention to design an integrated unit of the type mentioned in such a way that a compact, reliable construction is achieved at low cost and with high efficiency for the internal heat exchanger. It is also an object of the invention to provide a method for producing the assembly, which allows a simple, manufacturable controllable, cost-effective installation of the unit.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Rohrwendel mit der Innen- und Außenwand, welche den Ringspalt bilden, eine kraftschlüssige Verbindung bildet. Die Rohrwendel liegt somit sowohl innen als auch außen kraftschlüssig an den Zylinderwänden an und bildet mit diesen einen Presssitz. Damit ist die Rohrwendel gegenüber den beiden Zylindern von Gehäusemantel und Sammler kraftschlüssig fixiert. Der Kraftschluss wird durch Radialkräfte bewirkt, welche aus einer elastischen Zugspannung des Gehäusemantels und einer Druckspannung der Sammlerwand resultieren. Durch die kraftschlüssige Anlage der Rohrwendel wird ein definierter wendelförmiger Strömungskanal zwischen den Windungen der Rohrwendel gebildet, sodass sich ein guter Wirkungsgrad für den inneren Wärmeübertrager ergibt. Darüber hinaus werden Klingelgeräusche und Verschleißerscheinungen sicher vermieden. Zusätzliche konstruktive Hilfsmittel, beispielsweise zur Fixierung des Sammelbehälters sind überflüssig. Die Konstruktion wird leichter und einfacher.The object of the invention is solved by the features of claim 1. According to the invention it is provided that the coiled tubing with the inner and outer wall, which form the annular gap, forms a frictional connection. The coiled tubing is thus frictionally against the cylinder walls both inside and outside and forms a press fit with these. Thus, the coiled tubing is frictionally fixed relative to the two cylinders of the housing shell and collector. The adhesion is caused by radial forces, which result from an elastic tensile stress of the housing shell and a compressive stress of the collector wall. By frictional engagement of the coiled tubing a defined helical flow channel between the turns of the coiled tubing is formed, so that there is a good efficiency for the internal heat exchanger. In addition, ringing noises and signs of wear are reliably avoided. Additional constructive aids, for example, for fixing the collecting container are superfluous. The construction becomes lighter and easier.

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Kraftschluss zwischen Rohrwendel und den Zylinderwänden durch eine plastische Verformung der Rohrwendel erreicht, d. h. durch eine Verformung, welcher außerhalb des elastischen Bereiches des Werkstoffes der Rohrwendel liegt und keiner Rückverformung unterliegt. Damit wird ein dauerhafter Kraftschluss, verbunden mit einer Kaltverfestigung des Rohrmaterials, erreicht.According to a preferred embodiment, the frictional connection between coiled tubing and the cylinder walls is achieved by a plastic deformation of the coiled tubing, d. H. by a deformation which lies outside the elastic range of the material of the coiled tubing and is not subject to re-deformation. This is a permanent adhesion, combined with a work hardening of the pipe material achieved.

Bevorzugt ist der Sammler aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere einem Polyamid mit der handelsüblichen Bezeichnung PA66 hergestellt. Damit werden einerseits Kosten eingespart, und andererseits wird ein zu starker Wärmeeintrag vom Hochdruckrohr bzw. der Rohrwendel in den Innenraum des Sammlers, wo sich flüssiges, gespeichertes Kältemittel befindet, verhindert. Ein unzulässiger Wärmeeintrag würde zu einem Aufschäumen des Kältemittels und zu einer unerwünschten Veränderung des Dampfgehaltes auf der Niederdruckausdruckseite führen. Alternativ kann der Sammler auch doppelwandig ausgebildet sein, z. B. mit einem metallischen Zylinder, welcher durch einen inneren oder äußeren Kunststoffzylinder oder eine sonstige Isolierschicht thermisch isoliert ist.Preferably, the collector is made of a plastic material, in particular a polyamide with the commercial name PA66. On the one hand costs are saved, and on the other hand, an excessive heat input from the high-pressure pipe or the coiled tubing in the interior of the collector, where liquid, stored refrigerant is prevented. An inadmissible heat input would lead to a foaming of the refrigerant and to an undesirable change in the vapor content on the low pressure expression side. Alternatively, the collector may be double-walled, z. B. with a metallic cylinder, which is thermally insulated by an inner or outer plastic cylinder or other insulating layer.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann statt des kreisförmigen Rohrquerschnittes für die Rohrwendel ein profilierter Rohrquerschnitt verwendet werden, z. B. ein auf der Außenseite profiliertes extrudiertes Rohr. Das Profil auf der Außenseite kann rechteckförmig, zahnförmig, wellenförmig oder dreieckförmig ausgebildet sein. Der damit erzielte Vorteil besteht darin, dass die Anlagefläche des Hochdruckrohres am Innenzylinder (dem Sammelbehälter) und damit der Wärmeübergang reduziert werden. Um diesen Effekt zu steigern, kann das Rohr auch mit einem asymmetrischen Profil versehen werden, wodurch am Innenzylinder eine minimale Anlage und am Außenzylinder (Gehäusemantel) eine vergrößerte Anlagefläche erreicht wird. Darüber hinaus kann das Außenprofil des Hochdruckrohres derart ausgebildet sein, dass zwischen den Rohrwindungen ein konstanter Abstand eingehalten wird.According to a further preferred embodiment, instead of the circular tube cross-section for the coiled tubing a profiled tube cross-section can be used, for. B. a profiled on the outside extruded tube. The profile on the outside can be rectangular, tooth-shaped, wavy or triangular. The advantage thus achieved is that the contact surface of the high-pressure tube on the inner cylinder (the collecting container) and thus the heat transfer can be reduced. To increase this effect, the tube can also be provided with an asymmetrical profile, whereby the inner cylinder a minimal investment and on the outer cylinder (housing shell) an enlarged contact surface is achieved. In addition, the outer profile of the high-pressure tube can be designed such that a constant distance is maintained between the tube turns.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Rohrwendel Rohrenden auf, welche durch einen Deckel und/oder einen Boden der Baueinheit geführt und in den Deckel bzw. den Boden eingewalzt oder einrolliert sind. Damit wird der Vorteil einer wärmeeintragsfreien fluiddichten, insbesondere gasdichten Verbindung zwischen Rohrwendel und dem Gehäuse der Baueinheit erreicht. Darüber hinaus ergibt sich der Vorteil, dass durch das Einwalzen, d. h. eine plastische Umformung des Rohrmaterials eine Fixierung der Rohrwendel erreicht wird. Im Hinblick auf bekannte Löt- und Schweißverbindungen ist das Einwalzen infolge des fehlenden Wärmeeintrags insbesondere dann von Vorteil, wenn sich in der Baueinheit oder an der Baueinheit Kunststoffteile befinden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Öffnungen in Boden und Deckel Hinterschneidungen, z. B. Ringnuten oder ein Gewinde oder einen Absatz aufweisen. Dadurch kann das Rohrmaterial beim Einwalzen oder Einrollieren in die Vertiefungen hineinverdrängt werden, sodass sich zusätzlich zum Kraftschluss auch ein Formschluss ergibt. Dadurch kann die Verbindung in axialer Richtung stärker belastet werden, d. h. die Auszugskraft für das Rohr wird vergrößert.According to a further advantageous embodiment, the coiled tube on pipe ends, which are guided by a lid and / or a bottom of the assembly and rolled or rolled in the lid or the floor. This achieves the advantage of a heat-tight fluid-tight, in particular gas-tight connection between the tube coil and the housing of the structural unit. In addition, there is the advantage that a fixation of the coiled tubing is achieved by the rolling, ie a plastic deformation of the tube material. With regard to known soldering and welding connections, single-roller rolling is particularly advantageous as a result of the lack of heat input when there are plastic parts in the structural unit or on the structural unit. It is particularly advantageous if the openings in the bottom and lid undercuts, z. B. annular grooves or have a thread or a paragraph. As a result, the tube material can be hineinverdrängt during rolling or curling in the wells, so that In addition to the adhesion and a positive connection results. As a result, the connection can be loaded more strongly in the axial direction, ie the pull-out force for the tube is increased.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind zwischen dem Boden des Sammlers (dem Zwischenboden) und dem Boden der Baueinheit Abstandshalter angeordnet, welche als ausgeprägte Noppen oder als Federelement ausgebildet sein können. Damit wird eine Durchflussrnöglichkeit für den Niederdruck-Kältemitteldampf unterhalb des Sammelbehälters sichergestellt, sodass das Kältemittel auf der Niederdruckseite abgesaugt werden kann.According to a further advantageous embodiment, spacers are arranged between the bottom of the collector (the intermediate bottom) and the bottom of the assembly, which may be formed as pronounced nubs or as a spring element. This ensures a flow-through option for the low-pressure refrigerant vapor below the sump, so that the refrigerant can be extracted on the low-pressure side.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist im Boden der Baueinheit eine umlaufende Ringnut ausgebildet, in dem die Abstandshalter eingreifen. Somit wird eine Zentrierung bei gleichzeitiger freier Drehbarkeit des Sammlers in Relation zum Boden der Baueinheit gewährleistet.According to a further advantageous embodiment, a circumferential annular groove is formed in the bottom of the assembly, in which engage the spacers. Thus, a centering is ensured at the same time free rotation of the collector in relation to the bottom of the unit.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch die Merkmale des Anspruches 10 gelöst, wobei erfindungsgemäß folgende Verfahrensschritte vorgesehen sind: zunächst wird die Rohrwendel mit radialem Spiel in den Ringspalt eingesetzt und anschließend radial gegen die Innen- und Außenwand aufgeweitet. Damit wird der Vorteil erzielt, dass beim Einsetzen der Rohrwendel keinerlei Materialberührung, d. h. keine Spanbildung und kein Kratzen stattfinden, vielmehr bleiben die zu montierenden Teile auf ihrer Oberfläche sauber. Durch die Aufweitung wird eine kraftschlüssige und fluiddichte Verbindung zwischen Rohrwendel und Zylinderwänden erzielt und ein wendelförmiger Strömungskanal gebildet.The object of the invention is also achieved by the features of claim 10, wherein according to the invention the following method steps are provided: first, the coiled tubing is inserted with radial play in the annular gap and then expanded radially against the inner and outer walls. Thus, the advantage is achieved that when inserting the coiled tubing no material contact, d. H. no chip formation and no scratching take place, but the parts to be mounted remain clean on their surface. By widening a frictional and fluid-tight connection between the tube coil and cylinder walls is achieved and formed a helical flow channel.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die Aufweitung mittels eines kompressiblen oder inkompressiblen Druckmediums, welches in die Rohrwendel eingefüllt und unter Druck gesetzt wird. Die Rohrwendel wird mit einem Innendruck, dem so genannten Aufweitdruck, beaufschlagt, welcher zu einer Aufweitung des Rohrquerschnittes und damit zu einer Anlage an den Zylinderwänden des Ringspaltes führt. Der Aufweitdruck wird in Abhängigkeit vom Material (Streckgrenze), von der Geometrie des Rohrquerschnittes und der Rohrwandstärke derart gewählt, dass sich ein hinreichender Kraftschluss bzw. Presssitz ergibt.According to an advantageous embodiment, the expansion takes place by means of a compressible or incompressible pressure medium, which is filled into the tube spiral and pressurized. The coiled tube is subjected to an internal pressure, the so-called expansion pressure, which leads to an expansion of the tube cross-section and thus to a contact with the cylinder walls of the annular gap. The expansion pressure depends on the material (yield strength), on the geometry of the pipe cross-section and the pipe wall thickness selected such that there is a sufficient adhesion or interference fit.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung wird der Aufweitdruck in Abhängigkeit vom Berstdruck gewählt, auf den die Rohrwendel im Hinblick auf den Betriebsdruck ausgelegt ist. Der Berstdruck beträgt etwa das 1,1- bis 1,5-fache des Aufweitdruckes. Bevorzugt ist ein möglichst großes Verhältnis zwischen Berst- und Aufweitdruck, d. h. ein möglichst niedriger Aufweitdruck. Das erfindungsgemäße Aufweitverfahren für die Rohrwendel lässt sich fertigungstechnisch problemlos durchführen, insbesondere, wenn ein nicht kompressibles Medium wie Wasser oder Öl als Druckmedium verwendet wird.In a further advantageous embodiment, the expansion pressure is selected as a function of the bursting pressure to which the coiled tubing is designed with regard to the operating pressure. The bursting pressure is approximately 1.1 to 1.5 times the expansion pressure. Preference is given to the largest possible ratio between bursting and expansion pressure, d. H. the lowest possible expansion pressure. The expansion method according to the invention for the coiled tubing can be carried out without difficulty in terms of production engineering, in particular if a non-compressible medium such as water or oil is used as the pressure medium.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Rohrquerschnitt der Rohrwendel - vor dem Einsetzen in den Ringspalt und vor dem Aufweiten - in radialer Richtung, d. h. in Ebenen senkrecht zur Wickelachse der Rohrwendel durch Umformung verkürzt: es findet ein so genannter Planiervorgang statt, durch welchen der Rohrquerschnitt abgeplattet, planiert, ovalisiert oder in einen elliptischen Querschnitt umgeformt wird. Dieser Planiervorgang ergibt den Vorteil, dass sich das Rohr einerseits leicht, d. h. mit radialem Spiel in den Ringspalt einsetzen lässt und dass der Rohrquerschnitt beim Aufweiten in eine vorbestimmte Richtung verformt wird, z. B. nach außen oder nach innen oder nach beiden Seiten gleich oder unterschiedlich. Damit wird ein unkontrolliertes Aufweiten der Rohrwendel vermieden und eine gezielte Anlage der Rohrwendel am Innen- und Außenzylinder erreicht.According to a further preferred embodiment, the tube cross-section of the coiled tube - before insertion into the annular gap and before the expansion - in the radial direction, d. H. in planes perpendicular to the winding axis of the coiled tubing shortened by forming: there is a so-called grading process by which the tube cross-section is flattened, planed, ovalized or formed into an elliptical cross-section. This grading process has the advantage that the tube on the one hand easily, d. H. with radial play can be inserted into the annular gap and that the tube cross-section is deformed during expansion in a predetermined direction, for. B. outwards or inwards or on both sides the same or different. This avoids an uncontrolled widening of the coiled tubing and achieves a targeted installation of the coiled tubing on the inner and outer cylinders.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann anstelle eines Rohres mit Kreisquerschnitt (so genanntes Rundrohr) auch ein profiliertes, vorzugsweise extrudiertes Rohr für das erfindungsgemäße Verfahren, d. h. den Aufweitprozess verwendet werden. Damit ergeben sich die oben bereits genannten Vorteile, u. a. eine geringere Anlagefläche am Innenzylinder, d. h. der Wand des Sammlers, wodurch der Wärmeeintrag behindert wird.According to a further preferred embodiment, instead of a tube with circular cross-section (so-called round tube), a profiled, preferably extruded tube for the inventive method, d. H. the expansion process can be used. This results in the advantages already mentioned above, u. a. a smaller contact surface on the inner cylinder, d. H. the wall of the collector, whereby the heat input is hindered.

Nach einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform werden die Rohrenden der Rohrwendel - vor dem Aufweiten der Rohrwendel - in den Deckel und/oder den Boden der Baueinheit eingewalzt oder einrolliert. Damit ergibt sich - wie bereits oben erwähnt - einerseits eine fluiddichte und feste Verbindung der Rohrenden mit dem Gehäuse der Baueinheit. Andererseits wird die Rohrwendel vor dem Aufweitprozess innerhalb des Gehäuses der Baueinheit fixiert und positioniert. Für den anschließenden Aufweitprozess sind daher keine weiteren Fixier- oder Positionierungsmaßnahmen erforderlich. Damit ergibt sich der Vorteil einer einfachen, sicheren Montage und Befestigung der Rohrwendel in der Baueinheit.According to a further particularly preferred embodiment, the tube ends of the tube helix are rolled or rolled into the lid and / or the bottom of the structural unit before the tube helix is widened. In order to results - as already mentioned above - on the one hand, a fluid-tight and firm connection of the pipe ends with the housing of the unit. On the other hand, the tube coil is fixed and positioned within the housing of the unit before the expansion process. Therefore, no further fixing or positioning measures are required for the subsequent expansion process. This results in the advantage of a simple, safe installation and attachment of the coiled tubing in the unit.

Ausführungsbeispiele der Erfindung, weitere Merkmale, insbesondere Bemessungs- und Dimensionierungsangaben sowie weitere Vorteile ergeben sich aus der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung. Es zeigen

Fig. 1
eine erfindungsgemäße integrierte Baueinheit mit Sammler und innerem Wärmeübertrager,
Fig. 2
den Sammler gemäß Fig. 1 als Baugruppe,
Fig. 3a
einen Rundrohrquerschnitt für eine Rohrwendel,
Fig. 3b
einen elliptischen, planierten Rohrquerschnitt vor dem Aufweiten,
Fig. 3c
einen einseitig abgeplatteten planierten Rohrquerschnitt vor dem aufweiten,
Fig. 3d
einen ovalisierten, planierten Rohrquerschnitt vor dem Aufweiten,
Fig. 4
einen elliptischen Querschnitt mit einer kleinen Halbachse d und einer Ringsspaltweite S,
Fig. 5
einen Rundrohrquerschnitt mit dem Durchmesser D und einen planierten elliptischen Rohrquerschnitt mit kleiner Halbachse d,
Fig. 6, Fig. 6a
ein profiliertes Rohr mit Stegen auf dem Umfang,
Fig. 7
einen Rundrohrquerschnitt mit einer Wandstärke w und einem planierten Rohrquerschnitt mit einer kleinen Halbachse d (Planierhöhe),
Fig. 8a, 8b, 8c
verschiedene Ausführungsformen zur Isolierung des Sammlers,
Fig. 9, 10, 11, 12
verschiedene Ausführungsformen von profilierten Rohrquerschnitten und deren Anordnung im Ringspalt,
Fig. 13, 14, 15, 16
verschiedene Ausführungsformen für das Einwalzen von Rohrenden in einen Deckel,
Fig. 17, 18 und 19
verschiedene Ausführungsformen für Abstandshalter zwischen Behälter- und Gehäuseboden.
Embodiments of the invention, further features, in particular dimensioning and dimensioning and other advantages will be apparent from the drawings and the description below. Show it
Fig. 1
an integrated assembly according to the invention with collector and internal heat exchanger,
Fig. 2
according to the collector Fig. 1 as an assembly,
Fig. 3a
a round tube cross-section for a coiled tube,
Fig. 3b
an elliptical, planed tube cross section before expansion,
Fig. 3c
a one-sided flattened planarized tube cross-section in front of the widening,
Fig. 3d
an ovalized, planed tube cross-section prior to expansion,
Fig. 4
an elliptical cross-section with a small semi-axis d and a ring gap S,
Fig. 5
a round tube cross section with the diameter D and a planed elliptical tube cross section with a small half axis d,
Fig. 6, Fig. 6a
a profiled tube with webs on the circumference,
Fig. 7
a round tube cross-section with a wall thickness w and a planished tube cross-section with a small semi-axis d (planing height),
Fig. 8a, 8b, 8c
various embodiments for isolating the collector,
Fig. 9, 10, 11, 12th
various embodiments of profiled tube cross-sections and their arrangement in the annular gap,
FIGS. 13, 14, 15, 16
various embodiments for rolling pipe ends into a lid,
FIGS. 17, 18 and 19
various embodiments for spacers between the container and housing bottom.

Fig. 1 zeigt - in einem Halbschnitt - eine integrierte Baueinheit 1 als Komponente eines nicht dargestellten Kältemittelkreislaufes für eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges, wobei als Kältemittel bevorzugt CO2, auch unter der Bezeichnung R744 bekannt, verwendet wird. Die integrierte Baueinheit 1 stellt eine Kombination eines Kältemittelsammlers 2, auch kurz Sammler 2 oder Sammelbehälter 2 genannt, und eines inneren Wärmeübertragers 3 dar, welcher eine Rohrwendel 4 mit einem eintrittsseitigen Rohrende 4a und einem austrittsseitigen Rohrende 4b umfasst. Die Baueinheit 1 weist ein Gehäuse 5 auf, welches einen zylindrischen Gehäusemantel 5a, einen Boden 5b und einen Deckel 5c umfasst. Innerhalb des Gehäusemantels 5a ist der Sammler 2 mit einem zylindrischen Behältermantel 2a koaxial unter Bildung eines Ringspaltes 6 angeordnet. Die Rohrwendel 4 ist in dem Ringspalt 6 angeordnet und bildet jeweils mit der Innenwand des Gehäusemantels 5a und der Außenwand des Behältermantels 2a eine kraftschlüssige Verbindung, d. h. einen Presssitz, der eine Fixierung der Teile 2, 4, 5a gegeneinander bewirkt. Durch diese Anordnung entsteht zwischen den Windungen der Rohrwendel 4 ein wendelförmiger Strömungskanal 7, begrenzt durch die Außenwandungen der Rohrwendel 4, die Innenwandung des Gehäusemantels 5a und die Außenwandung des Behältermantels 2a. Die Rohrwendel 4 wird auch als Hochdruckrohr bezeichnet. Im Sammler 2 ist ein etwa U-förmig ausgebildetes Saugrohr 8 angeordnet, welches einen Rohrbogen 8a mit einem daran befestigten Ölfilter 9 aufweist, dessen Funktion aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt ist. Der Gehäuseboden 5b und der Gehäusedeckel 5c, die vorzugsweise mit dem Gehäusemantel 5a verschweißt sind, weisen vier Durchgangsbohrungen 10, 11 für den Hochdruckeinlass und Hochdruckauslass des Kältemittels sowie 12, 13 für den Niederdruckeinlass und Niederdruckauslass des Kältemittels auf. Über die Durchgangsbohrungen 10, 11, 12, 13 wird die Baueinheit 1 an den nicht dargestellten Kältemittelkreislauf angeschlossen, wobei sich der hochdruckeinlass 10 stromabwärts von einem nicht dargestellten Gaskühler und der Niederdruckeinlass 12 stromabwärts von einem nicht dargestellten Verdampfer des Kältemittelkreislaufes bzw. der zugehörigen Klimaanlage befindet. Fig. 1 shows - in a half section - an integrated unit 1 as a component of a refrigerant circuit, not shown, for an air conditioning system of a motor vehicle, wherein as refrigerant preferably CO 2 , also known under the name R744, is used. The integrated assembly 1 represents a combination of a refrigerant collector 2, also called collector 2 or collector 2 for short, and an internal heat exchanger 3, which comprises a coiled tube 4 with an inlet-side tube end 4a and an outlet-side tube end 4b. The structural unit 1 has a housing 5 which comprises a cylindrical housing jacket 5a, a bottom 5b and a cover 5c. Within the housing jacket 5 a, the collector 2 is arranged coaxially with a cylindrical container jacket 2 a to form an annular gap 6. The coiled tube 4 is arranged in the annular gap 6 and forms in each case with the inner wall of the housing shell 5a and the outer wall of the container shell 2a a non-positive connection, ie a press fit, which causes a fixation of the parts 2, 4, 5a against each other. This arrangement creates between the turns of the coiled tubing 4, a helical flow channel 7, bounded by the outer walls of the coiled tubing 4, the inner wall of the housing shell 5a and the outer wall of the container shell 2a. The coiled tubing 4 is also referred to as a high-pressure tube. In the collector 2, an approximately U-shaped suction pipe 8 is arranged, which has a pipe bend 8a with an attached oil filter 9, the function of which is known from the aforementioned prior art. The housing bottom 5b and the housing cover 5c, which are preferably welded to the housing jacket 5a, have four through holes 10, 11 for the high pressure inlet and high pressure outlet of the refrigerant, and 12, 13 for the low pressure inlet and low pressure outlet of the refrigerant. About the through holes 10, 11, 12, 13, the unit 1 is connected to the refrigerant circuit, not shown, with the high pressure inlet 10 downstream of a gas cooler, not shown, and the low pressure inlet 12 downstream of an evaporator, not shown, of the refrigerant circuit and the associated air conditioning ,

Die Rohrenden 4a, 4b sind teilweise in die Durchgangsbohrungen 10, 11 eingesetzt und in den Boden 5b sowie in den Deckel 5c eingewalzt oder einrolliert. Durch dieses an sich bekannte Fügeverfahren des Einwalzens (mit einem Walz- oder Rollierwerkzeug) wird eine fluid-, insbesondere gasdichte Verbindung der Rohrenden 4a, 4b gegenüber Boden 5b und Deckel 5c erreicht. Gleichzeitig erfolgt eine axiale Fixierung der Rohrwendel 4. In der Durchgangsbohrung 12 ist im unteren Teil ein Rohrabschnitt 8b eingepresst oder auch eingewalzt. Wie anhand der folgenden Figur erläutert wird, kommuniziert der Rohrabschnitt 8b des Niederdruckeinlasses 12 mit dem Inneren des Behälters 2.The pipe ends 4a, 4b are partially inserted into the through holes 10, 11 and rolled or rolled into the bottom 5b and in the lid 5c. By this known joining method of rolling in (with a rolling or rolling tool), a fluid, in particular gas-tight connection of the pipe ends 4a, 4b with respect to the bottom 5b and lid 5c is achieved. At the same time there is an axial fixation of the tube coil 4. In the through hole 12, a pipe section 8b is pressed or rolled in the lower part. As will be explained with reference to the following figure, the pipe section 8b of the low pressure inlet 12 communicates with the interior of the container 2.

Fig. 2 zeigt den Behälter 2, auch Sammler oder Sammelbehälter genannt, als einzelne Baugruppe, wobei für gleiche Teile gleiche Bezugszahlen wir in Fig. 1 verwendet werden. Der Behälter 2 ist vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt, beispielsweise PA66, und weist neben dem zylindrischen Behältermantel 2a und dem Boden 2b einen Deckel 2c auf, welcher zwei Öffnungen für den Durchtritt eines Austrittsendes 8c des Saugrohres 8 und des Rohrabschnittes 8b aufweist, welcher mit dem Deckel 2c verbunden ist. Das Saugrohr 8 weist ein Eintrittsende 8d auf, welches in einen Gasfilter 14 mündet. Ferner ist im obersten Bereich des Behälters 2, unmittelbar unterhalb des eintrittsseitigen Rohrabschnittes 8b, ein Flüssigkeitsabscheider 15 angeordnet. Fig. 2 shows the container 2, also called collector or collection container, as a single assembly, wherein the same reference numerals for the same parts we in Fig. 1 be used. The container 2 is preferably made of plastic, such as PA66, and in addition to the cylindrical container shell 2a and the bottom 2b a lid 2c, which has two openings for the passage of an outlet end 8c of the suction tube 8 and the tube section 8b, which with the lid 2c is connected. The suction pipe 8 has an inlet end 8d, which opens into a gas filter 14. Further, a liquid separator 15 is disposed in the uppermost region of the container 2, immediately below the inlet-side pipe section 8b.

Die Funktion einer integrierten Sammler-Wärmeübertrager-Baueinheit ist grundsätzlich aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt, dennoch soll die Arbeitsweise der in den Figuren 1 und 2 dargestellten integrierten Baueinheit 1 im Folgenden kurz beschrieben werden: Das unter Hochdruck stehende Kältemittel, vorzugsweise CO2, tritt beim Hochdruckeinlass 10 in die Baueinheit 1 ein, durchströmt die Rohrwendel 4 (das Hochdruckrohr) von unten nach oben und tritt über den Hochdruckauslass 11 wieder aus der Baueinheit 1 aus. Das unter Niederdruck stehende Kältemittel tritt beim Niederdruckeinlass 12 in die Baueinheit 1 ein, strömt durch den Rohrabschnitt 8b in das Innere des Sammelbehälters 2, wo es auf den Flüssigkeitsabscheider 15 trifft und diesen zunächst radial nach außen und anschließend in axialer und tangentialer Richtung umströmt. Der Flüssigkeitsabscheider 15 ist Gegenstand einer zeitgleichen Anmeldung der Anmelderin. Im Inneren des Behälters 2 wird flüssiges von gasförmigem Kältemittel getrennt: das flüssige Kältemittel sammelt sich am Boden 2b, das gasförmige Kältemittel tritt durch den Gasfilter 14 in das Saugrohr 8 ein, aus dem es über das Austrittsende 8c wieder austritt. Außerhalb des Deckels 2c des Behälters 2 strömt der Niederdruck-Kältemitteldampf radial nach außen und tritt in den wendelförmigen Strömungskanal 7 zwischen den Windungen der Rohrwendel 4 ein und durchströmt den Strömungskanal 7 - von oben nach unten - im Gegenstrom zu dem Hochdruckkältemittel in der Rohrwendel 4. Nach dem Austritt aus dem wendelförmigen Strömungskanal 7 strömt der Niederdruck-Kältemitteldampf unter dem Boden 2b hindurch, von wo er über den Niederdruckauslass 13 abgesaugt wird.The function of an integrated collector-heat exchanger assembly is basically known from the aforementioned prior art, yet the operation of the in the FIGS. 1 and 2 The under high pressure refrigerant, preferably CO 2 , enters the unit 1 at the high pressure inlet 10, flows through the coiled tubing 4 (the high pressure pipe) from bottom to top and exits through the high pressure outlet 11 again of the unit 1 from. The low-pressure refrigerant enters the assembly 1 at the low-pressure inlet 12, flows through the pipe section 8b into the interior of the collecting container 2, where it strikes the liquid separator 15 and flows around first radially outwards and then in the axial and tangential direction. The liquid separator 15 is the subject of a simultaneous application of the applicant. In the interior of the container 2 liquid is separated from gaseous refrigerant: the liquid refrigerant collects at the bottom 2b, the gaseous refrigerant enters through the gas filter 14 in the suction pipe 8, from which it emerges again via the outlet end 8c. Outside the lid 2c of the container 2, the low-pressure refrigerant vapor flows radially outward and enters the helical flow channel 7 between the turns of the coiled tubing 4 and flows through the flow channel 7 - from top to bottom - in countercurrent to the high-pressure refrigerant in the coiled tubing 4th After exiting the helical flow channel 7, the low-pressure refrigerant vapor flows under the bottom 2 b, from where it is sucked off via the low-pressure outlet 13.

Der Aufweitvorgang der Rohrwendel 4 soll anhand der Figuren 3a bis 3d erläutert werden.The expansion process of the coiled tubing 4 is based on the FIGS. 3a to 3d be explained.

Fig. 3a zeigt einen kreisförmigen Rohrquerschnitt 16 einer Rohrwendel, welche in einem durch zwei Zylinderwandungen 18, 19 gebildeten Ringspalt 17 angeordnet ist. Bei einer Beaufschlagung des kreisförmigen Rohrquerschnittes 16 mit einem Innendruck p1 würde sich der Rohrquerschnitt (im Idealfall) gleichmäßig radial aufweiten und dabei auch zur Anlage an den beiden Zylinderwänden 18, 19 kommen. Wegen toleranzbedingter Abweichungen der Rohrwandstärke kann es jedoch teilweise zu unkontrollierten Aufweitungen kommen. Fig. 3a shows a circular tube cross section 16 of a coiled tubing, which is arranged in an annular gap 17 formed by two cylinder walls 18, 19. When the circular pipe cross-section 16 is acted upon with an internal pressure p 1 , the pipe cross-section would (in the ideal case) expand uniformly radially and also come to bear against the two cylinder walls 18, 19. Due to tolerance-related deviations of the pipe wall thickness, however, it can sometimes lead to uncontrolled widening.

Fig. 3b zeigt einen elliptischen Rohrquerschnitt 20, welcher mit Spiel im Ringspalt 17 angeordnet ist. Der elliptische Rohrquerschnitt 20 ist durch Umformung, einen so genannten Planiervorgang, aus einem kreisförmigen Rohrquerschnitt hergestellt. Bei einer Beaufschlagung des elliptischen Rohrquerschnittes 20 mit einem Innendruck pi, dem Aufweitdruck, wird sich der Rohrquerschnitt in Richtung der kleinen Achse vergrößern und in Richtung der großen Achse verkleinern. Damit wird eine definierte Aufweitrichtung, senkrecht zu den zylindrischen Wandungen 18, 19, für die Rohrwendel erreicht. Darüber hinaus ist der Aufweitdruck für den elliptischen Querschnitt 20 geringer als für den kreisförmigen Querschnitt 16 (Fig. 3a). Fig. 3b shows an elliptical tube cross-section 20 which is arranged with clearance in the annular gap 17. The elliptical tube cross-section 20 is made by forming, a so-called grading, of a circular tube cross-section. When the elliptical tube cross-section 20 is subjected to an internal pressure p i , the expansion pressure, the tube cross-section will increase in the direction of the minor axis and decrease in the direction of the major axis. This achieves a defined widening direction, perpendicular to the cylindrical walls 18, 19, for the coiled tubing. Moreover, the expansion pressure for the elliptical cross section 20 is less than for the circular cross section 16 (FIG. Fig. 3a ).

Fig. 3c zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines planierten Rohrquerschnittes 21, welcher eine abgeplattete, parallel zur äußeren Zylinderwand 19 verlaufende Seite 21a aufweist. Wenn der Rohrquerschnitt 21 mit dem Innen- oder Aufweitdruck pi beaufschlagt wird, wird zunächst die flache Seite 21a ausgebeult werden, wodurch wiederum eine in radialer Richtung definierte Aufweitung des Rohrquerschnittes 21 erzielt wird. Fig. 3c shows a further embodiment of a planarized tube cross-section 21, which has a flattened, parallel to the outer cylinder wall 19 extending side 21a. When the pipe cross-section 21 is subjected to the internal or expansion pressure p i , initially the flat side 21 a is bulged, which in turn results in a widening of the pipe cross-section 21 defined in the radial direction.

Fig. 3d zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, nämlich einen ovalen Querschnitt 22, welcher durch Umformung aus einem kreisförmigen Rohrquerschnitt hergestellt wurde und hier vor dem Aufweiten mit Spiel im Ringspalt 17 angeordnet ist. Bei Innendruckbeaufschlagung werden sich auch hier die flachen Seiten 22a, 22b zunächst ausbeulen, während die Länge des Ovals verkürzt wird. Somit wird auch hier eine definierte Anlage an den Zylinderwänden 18, 19 durch Aufweiten erreicht. Der Umformvorgang bzw. das so genannte Planieren kann durch ein entsprechend geformtes Walzenpaar durchgeführt werden, und zwar unmittelbar vor dem Wickeln der Rohrwendel. Fig. 3d shows a further embodiment, namely an oval cross-section 22, which was prepared by forming from a circular pipe cross-section and is arranged here before expansion with clearance in the annular gap 17. In the case of internal pressure application, the flat sides 22a, 22b will initially bulge out, while the length of the oval will be shortened. Thus, a defined contact with the cylinder walls 18, 19 is achieved by widening here, too. The forming process or the so-called leveling can be performed by a correspondingly shaped pair of rollers, and immediately before winding the tube coil.

Fig. 4 zeigt eine Vermaßung des elliptischen Querschnittes 20 (vgl. Fig. 3b) und des Ringspaltes 17 mit den Zylinderwänden 17, 18. Die kleine Achse der Ellipse 20 ist mit d und die Spaltweite des Ringspaltes 17 mit S angegeben. Das Maß d wird auch als Planierhöhe bezeichnet, d. h. als das Maß, auf welches der Ausgangsquerschnitt zusammengedrückt wird. Ein bevorzugtes Verhältnis von Spaltbreite S zu Planierhöhe d liegt im Bereich von 1,05 bis 1,15. Fig. 4 shows a dimension of the elliptical cross-section 20 (see. Fig. 3b ) and the annular gap 17 with the cylinder walls 17, 18. The small axis of the ellipse 20 is indicated by d and the gap width of the annular gap 17 with S. The dimension d is also referred to as leveling, ie as the measure to which the output cross-section is compressed. A preferred ratio of gap width S to leveling d is in the range of 1.05 to 1.15.

Fig. 5 zeigt einen kreisförmigen Ausgangsrohrquerschnitt mit dem Durchmesser D und einen planierten elliptischen Querschnitt mit der kleinen Achse bzw. der Planierhöhe d. Ein für das Planieren und den Aufweitvorgang bevorzugtes Verhältnis des Rohrdurchmesser D zur Planierhöhe d liegt im Bereich von 1,10 bis 1,25. Fig. 5 shows a circular output pipe cross section with the diameter D and a planed elliptical cross section with the minor axis or the leveling d. A preferred ratio of the pipe diameter D to the planing height d for the leveling and expansion process is in the range of 1.10 to 1.25.

Fig. 6 zeigt ein profiliertes Rohr 23, welches auf seinem Umfang in Rohrlängsrichtung verlaufende Stege oder Rippen 23a aufweist. Das profilierte Rohr 23 kann vorzugsweise durch Extrusion hergestellt werden. Fig. 6 shows a profiled tube 23, which has on its circumference in the tube longitudinal direction extending ridges or ribs 23a. The profiled tube 23 can preferably be produced by extrusion.

In Fig. 6a ist als Einzelheit die Wandstärke w und die Steghöhe s (radiale Erstreckung) der Stege 23a dargestellt. Ein bevorzugtes Verhältnis von Steghöhe s zur Wandstärke w liegt im Bereich von 1,30 bis 1,60.In Fig. 6a is shown as a detail, the wall thickness w and the web height s (radial extent) of the webs 23a. A preferred ratio of land height s to wall thickness w is in the range of 1.30 to 1.60.

Fig. 7 zeigt die Wandstärke w eines kreisförmigen Rohrquerschnittes und die Planierhöhe d eines elliptischen Rohrquerschnittes. Bevorzugte Verhältnisse für die Planierhöhe d zur Wandstärke w liegen im Bereich von 6,50 bis 10, 50. Fig. 7 shows the wall thickness w of a circular pipe cross-section and the leveling d of an elliptical pipe cross-section. Preferred ratios for the planing height d to the wall thickness w are in the range of 6.50 to 10.50.

Die Figuren 8a, 8b, 8c zeigen verschiedene Ausführungsformen für die Isolation eines Behältermantels.The Figures 8a, 8b, 8c show various embodiments for the isolation of a container shell.

Fig. 8a zeigt einen doppelwandigen zylindrischen Behältermantel 24, der auf seiner Innenseite eine Isolationsschicht 24a aufweist; die Außenseite wird durch einen metallischen Zylinder, z. B. ein Aluminiumrohr gebildet. Fig. 8a shows a double-walled cylindrical container shell 24, which has on its inside an insulating layer 24a; the outside is replaced by a metallic cylinder, z. B. formed an aluminum tube.

Fig. 8b zeigt einen doppelwandigen Behältermantel 25, auf dessen Außenseite eine Isolationsschicht 25a angeordnet ist. Die Isolationsschichten 24a oder 25a können auch Innen- oder Außenzylinder aus einem Kunststoffmaterial sein, welche in den metallischen oder über den metallischen Zylinder geschoben werden. Fig. 8b shows a double-walled container casing 25, on the outside of which an insulating layer 25a is arranged. The insulating layers 24a or 25a may also be inner or outer cylinders of a plastic material, which are pushed into the metallic or over the metallic cylinder.

Fig. 8c zeigt einen voll isolierten Behältermantel 26, bei welchem eine Außenschicht 26a und eine Innenschicht 26b als Isolationsschichten- oder-Zylinder ausgebildet sind. Wie oben bereits ausgeführt, soll durch die Isolation des Behältermantels ein Wärmeeintrag vom warmen Hochdruckrohr in den kalten Kältemittelsammler, welcher auch flüssiges Kältemittel enthält, weitestgehend unterbunden werden. Fig. 8c shows a fully insulated container shell 26, in which an outer layer 26a and an inner layer 26b are formed as Isolationsschichten- or cylinder. As already stated above, a heat input from the warm high-pressure pipe into the cold refrigerant collector, which also contains liquid refrigerant, should be largely prevented by the insulation of the container shell.

Fig. 9 zeigt einen Querschnitt 27 eines profilierten Rohres für eine Rohrwendel, welche im Ringspalt 17 zwischen einem inneren Zylinder 18 und einem äußeren Zylinder 19 angeordnet ist. Das Profil 27 ist unsymmetrisch ausgebildet und weist einen spitz auf den Innenzylinder 18 zulaufenden Steg 27a auf, wodurch die Anlagefläche und damit die Wärmeleitung reduziert werden. Bei der Aufweitung gräbt sich die Spitze 27a in die Zylinderwand 18 ein und verbessert so die Abdichtung. Fig. 9 shows a cross section 27 of a profiled tube for a coiled tubing, which in the annular gap 17 between an inner cylinder 18 and a outer cylinder 19 is arranged. The profile 27 is asymmetrical and has a pointed on the inner cylinder 18 tapered web 27a, whereby the contact surface and thus the heat conduction are reduced. When widening, the tip 27a digs into the cylinder wall 18, thus improving the seal.

Fig. 10 zeigt eine weitere Querschnittsform 28 für eine Rohrwendel, wobei der Rohrquerschnitt auf der Seite zum Innenzylinder 18 unberippt und auf der Seite zum Außenzylinder 19 mit mehreren Rippen 28a, 28b versehen ist. Dadurch wird die Wärmeleitung nach innen zur Zylinderwand 18 reduziert und zum Außenzylinder 19 hin verstärkt. Fig. 10 shows a further cross-sectional shape 28 for a coiled tubing, wherein the tube cross-section on the side to the inner cylinder 18 is unaffected and provided on the side to the outer cylinder 19 with a plurality of ribs 28a, 28b. As a result, the heat conduction is reduced inwardly to the cylinder wall 18 and reinforced to the outer cylinder 19 out.

Fig. 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel mit zwei im Ringspalt 17 übereinander angeordneten profilierten Rohrquerschnitten 29, 30, wobei die Stege oder Rippen 29a, 30a von benachbarten Rohrwindungen als Abstandshalter dienen und damit einen definierten Abstand der Rohrwindungen sicherstellen, insbesondere nach dem Aufweitprozess. Dadurch werden Strömungskanäle mit einem definierten Querschnitt und dem zufolge mit einem definierten Druckabfall für das Strömungsmedium (Niederdruck-Kältemitteldampf) geschaffen. Fig. 11 shows a further embodiment with two in the annular gap 17 superposed profiled pipe sections 29, 30, wherein the webs or ribs 29a, 30a of adjacent pipe turns serve as spacers and thus ensure a defined distance of the pipe turns, especially after the expansion process. As a result, flow channels are created with a defined cross section and therefore with a defined pressure drop for the flow medium (low pressure refrigerant vapor).

Fig. 12 zeigt einen profilierten Rohrquerschnitt 31, der eine Kombination der Querschnitte 27, 28, 29 (Fig. 9, 10, 11) darstellt. Fig. 12 shows a profiled tube cross section 31, which shows a combination of the cross sections 27, 28, 29 (FIG. FIGS. 9, 10, 11 ).

Wie oben in der Beschreibung zu Fig. 1 erwähnt, sollen die Rohrenden 4a, 4b der Rohrwendel 4 in den Boden 5b und den Deckel 5c und der Rohrabschnitt 8b in den Deckel 5c eingewalzt oder einrolliert werden. Einzelheiten zu diesem Verfahren sind in den Figuren 13 bis 16 dargestelltAs above in the description too Fig. 1 mentioned, the pipe ends 4a, 4b of the coiled tubing 4 in the bottom 5b and the cover 5c and the pipe section 8b are rolled or rolled into the lid 5c. Details of this procedure are in the FIGS. 13 to 16 shown

Fig. 13 zeigt einen Deckel 32, vergleichbar mit dem Deckel 5c in Fig. 1. Der Deckel 32 weist eine Durchgangsbohrung 33 auf, in welche ein Rohrende 34 einer nicht dargestellten Rohrwendel eingesetzt ist. In die Innenwand der Bohrung 33 ist eine Ringnut 35 (Hinterschnitt) eingearbeitet, und zwar im Bereich des eingesteckten Rohrendes 34. Das Rohrende 34 wird durch Einwalzen mit dem Deckel 32 gasdicht verbunden. Hierfür wird ein nicht dargestelltes Rollier- oder Walzwerkzeug in das Rohrende 34 eingeführt und drückt das Rohrmaterial mittels kreisender Bewegungen radial nach außen, was durch einen Doppelpfeil P angedeutet ist. Dabei fließt das Rohrmaterial auch in die Hinterschnittöffnung 35, was zu einem verbesserten Sitz und Dichtigkeit führt. Fig. 13 shows a lid 32, comparable to the lid 5c in Fig. 1 , The lid 32 has a through hole 33 into which a pipe end 34 of a pipe coil, not shown, is inserted. In the inner wall of the bore 33 has an annular groove 35 (undercut) is incorporated, in the region of the inserted pipe end 34. The pipe end 34 is gas-tightly connected by rolling with the lid 32. This is an unrepresented Rolling or rolling tool inserted into the pipe end 34 and pushes the pipe material by means of circular movements radially outwards, which is indicated by a double arrow P. In this case, the pipe material also flows into the undercut opening 35, which leads to improved seating and tightness.

Fig. 14 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei zwei Hinterschnittöffnungen in Form von Ringnuten 36, 37 vorgesehen sind. Das Rohrmaterial des Rohrendes 34 wird somit in beide Hinterschnittöffnungen 36, 37 verdrängt, sodass sich eine Verbesserung des Formschlusses und auch der Dichtigkeit ergibt. Fig. 14 shows a further embodiment, wherein two undercut openings in the form of annular grooves 36, 37 are provided. The pipe material of the pipe end 34 is thus displaced in both undercut openings 36, 37, so that there is an improvement of the positive connection and also the tightness.

Fig. 15 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für das Einwalzen des Rohrendes 34. Die Wandung der Durchgangsbohrung 33 ist hier mit einem Gewinde 38 versehen. Beim Einwalzen des Rohrendes 34, angedeutet durch den Doppelpfeil P, wird das Rohrmaterial in die Gewinderillen verdrängt, wodurch ein gewindeähnlicher Formschluss erreicht wird. Vorteilhaft hierbei ist, dass sich das Gewinde 38 relativ einfach in die Durchgangsbohrung 33 einbringen lässt. Fig. 15 shows a further embodiment of the rolling of the pipe end 34. The wall of the through hole 33 is provided here with a thread 38. During rolling of the pipe end 34, indicated by the double arrow P, the pipe material is displaced into the thread grooves, whereby a thread-like positive connection is achieved. The advantage here is that the thread 38 can relatively easily bring into the through hole 33.

Fig. 16 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für das Einwalzen des Rohrendes 34, wobei die Durchgangsbohrung 33 einen Absatz bzw. eine Verengung 33a aufweist, sodass das Rohrende zusätzlich in einer Richtung fixiert ist. Fig. 16 shows a further embodiment of the rolling of the pipe end 34, wherein the through hole 33 has a shoulder or a narrowing 33a, so that the pipe end is additionally fixed in one direction.

Wie oben in der Beschreibung zur Fig. 1 erwähnt, sollte unter dem Behälterboden 2b eine Abflussmöglichkeit für den Kältemitteldampf bestehen. Vorzugsweise ist zwischen dem Behälterboden 2b und dem Gehäuseboden 5b (vgl. Fig. 1) ein Spalt belassen, welcher durch geeignete Abstandshalter gebildet werden kann. Die Figuren 17, 18 und 19 zeigen Möglichkeiten für die Ausbildung derartiger Abstandshalter.As above in the description of Fig. 1 mentioned, should exist under the container bottom 2b a drainage possibility for the refrigerant vapor. Preferably, between the container bottom 2b and the housing bottom 5b (see. Fig. 1 ) Leave a gap, which can be formed by suitable spacers. The FIGS. 17, 18 and 19 show possibilities for the formation of such spacers.

Fig. 17 zeigt angedeutet eine Ansicht eines Innenbehälters 39, der dem Behälter 2 in Fig. 1 bzw. Fig. 2 entspricht. Der Innenbehälter 39 weist einen Boden 40 auf, aus welchem Noppen 40a, 40b, 40c nach außen ausgeprägt sind, die als Abstandshalter fungieren. Fig. 17 shows an outline of an inner container 39, the container 2 in Fig. 1 respectively. Fig. 2 equivalent. The inner container 39 has a Floor 40 from which nubs 40a, 40b, 40c outwardly pronounced, which act as spacers.

Fig. 18 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem ein Gehäuseboden 41 angedeutet ist, welcher dem Boden 5b in Fig. 1 entspricht. Aus dem Boden 41 sind Noppen 41 a, 41 b, 41 c nach oben ausgeprägt, welche als Abstandshalter zu dem darüber liegenden, nicht dargestellten Behälterboden dienen. Fig. 18 shows a further embodiment in which a housing bottom 41 is indicated, which the bottom 5b in Fig. 1 equivalent. From the bottom 41 nubs 41 a, 41 b, 41 c are pronounced upward, which serve as a spacer to the overlying, not shown container bottom.

Fig. 19 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ein Boden 42 eines Innenbehälters angedeutet ist, welcher in seinem Zentrum eine runde Aufnahmeöffnung 43 für ein Federelement 44 aufweist. Das Federelement 44, welches als Druckfeder ausgebildet sein kann, wirkt hier als Abstandshalter zu dem nicht dargestellten Boden des Außenzylinders. Fig. 19 shows a further embodiment of the invention, in which a bottom 42 of an inner container is indicated, which has a round receiving opening 43 for a spring element 44 in its center. The spring element 44, which may be formed as a compression spring acts here as a spacer to the bottom of the outer cylinder, not shown.

Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Montage- und Aufweitverfahren zur Fixierung und Positionierung der Rohrwendel 4 erläutert, wobei Bezug auf die Figuren 1 und 2 genommen wird. Zunächst werden der Gehäusemantel 5a und der Gehäuseboden 5b miteinander verbunden. Vor dem Einsetzen der Rohrwendel 4 in den Gehäusemantel 5a wird der Rohrquerschnitt der Rohrwendel 4 planiert, wie oben erläutert. Das Ausgangsmaterial für die Herstellung der Rohrwendel 4 ist ein Rohr mit kreisförmigem Querschnitt, vorzugsweise aus einem Aluminiumwerkstoff. Die Rohrwendel 4 wird durch Wickeln hergestellt, wobei das Planieren auf die erforderliche Planierhöhe unmittelbar vor dem Wickeln erfolgt. Die Rohrenden 4a, 4b behalten ihren kreisförmigen Querschnitt und werden in axialer Richtung abgebogen. Die planierte Rohrwendel 4 wird dann in den Gehäusemantel 5a eingesetzt, wobei das Rohrende 4a in die Durchgangsbohrung 10 eingesteckt wird. Dann wird der Sammelbehälter 2, (komplettiert wie in Fig. 2 dargestellt) in die Rohrwendel 4 eingesetzt, wobei hinreichend radiales Spiel vorhanden ist. Alternativ kann der Sammelbehälter 2 auch vor dem Einsetzen der Rohrwendel 4 in den Gehäusemantel 5a eingesetzt werden. Anschließend wird der Deckel 5c auf den Gehäusemantel 5a aufgesetzt und befestigt, beispielsweise durch Verschweißen. Beim Aufsetzen des Deckels 5c wird das obere Rohrende 4b in die Durchgangsbohrung 11 eingesteckt. Die Rohrenden 4a, 4b werden anschließend in den Boden 5b und den Deckel 5c eingewalzt, sodass eine gasdichte und feste Verbindung geschaffen wird. Gleichzeitig ist die Rohrwendel 4 in axialer Richtung (und auch in Umfangsrichtung) fixiert. Als nächster Verfahrensschritt erfolgt die Druckbeaufschlagung der Rohrwendel 4 mit einem Druckmedium, welches über die Durchgangsbohrungen 10 und/oder 11 zugeführt werden kann. Durch den Aufweitprozess erfolgt eine Verringerung des Innendurchmessers und eine Vergrößerung des Außendurchmessers der Rohrwendel 4 mit der Folge, dass sich diese unter Ausbildung eines Kraftschlusses an den Behältermantel 2a und den Gehäusemantel 5a anlegt. Die Aufweitung erfolgt nach den oben angegebenen Kennzahlen, d. h. der Aufweitdruck, welcher in der Rohrwendel als Innendruck herrscht, bewirkt eine plastische, d. h. bleibende Verformung, welche einen dauerhaften Presssitz zur Folge hat. Die Rohrwendel 4 sitzt somit fest in der Baueinheit 1. Der Fluidkanal 7 ist somit als durchgehender wendelförmiger Strömungskanal ausgebildet, sodass eine definierte wendelförmige Strömung gewährleistet ist. Eine Bypassströmung um die Rohrwindungen herum findet wegen der fluiddichten Anlage der Rohrwendel 4 nicht statt. Daraus ergibt sich ein hoher und definierter Wirkungsgrad für den inneren Wärmeübertrager 3, welcher durch die metallische Rohrwendel 4, den Gehäusemantel 5a und den isolierten Behältermantel 2a gebildet wird.The assembly and expansion method according to the invention for fixing and positioning the coiled tubing 4 will be explained below, reference being made to FIGS FIGS. 1 and 2 is taken. First, the housing shell 5a and the housing bottom 5b are connected to each other. Before inserting the coiled tubing 4 in the housing shell 5a, the tube cross-section of the coiled tubing 4 is leveled, as explained above. The starting material for the production of the coiled tubing 4 is a tube with a circular cross-section, preferably of an aluminum material. The coiled tubing 4 is produced by winding, wherein the leveling takes place to the required leveling just before winding. The pipe ends 4a, 4b retain their circular cross-section and are bent in the axial direction. The leveled coiled tubing 4 is then inserted into the housing shell 5 a, wherein the tube end 4 a is inserted into the through hole 10. Then the collection container 2, (completed as in Fig. 2 shown) inserted into the tube coil 4, wherein sufficient radial clearance is present. Alternatively, the collecting container 2 can also be inserted into the housing jacket 5 a before the pipe helix 4 is inserted. Subsequently, the cover 5c is placed on the housing shell 5a and fastened, for example by welding. When placing the lid 5 c, the upper tube end 4 b is inserted into the through hole 11. The pipe ends 4a, 4b are then rolled into the bottom 5b and the lid 5c, so that a gas-tight and firm connection is created. At the same time, the coiled tubing 4 is fixed in the axial direction (and also in the circumferential direction). As the next method step, the pressurization of the tube coil 4 is carried out with a pressure medium, which can be supplied via the through-holes 10 and / or 11. Due to the expansion process, a reduction in the inner diameter and an increase in the outer diameter of the coiled tubing 4 with the result that this applies to form a frictional connection to the container shell 2a and the housing shell 5a. The expansion takes place according to the above-mentioned characteristics, ie, the expansion pressure, which prevails in the coiled tubing as internal pressure, causes a plastic, ie permanent deformation, which has a permanent interference fit result. The tube coil 4 thus sits firmly in the assembly 1. The fluid channel 7 is thus formed as a continuous helical flow channel, so that a defined helical flow is ensured. A bypass flow around the pipe turns around does not take place because of the fluid-tight contact of the coiled tubing 4. This results in a high and defined efficiency for the inner heat exchanger 3, which is formed by the metallic tube coil 4, the housing shell 5 a and the insulated container shell 2 a.

Claims (15)

Integrierte, einen Sammler (2) und einen inneren Wärmeübertrager (3) umfassende Baueinheit (1) eines Kältemittelkreislaufes, insbesondere für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage, wobei die Baueinheit (1) einen zylindrischen Gehäusemantel (5a) und der Sammler (2) einen zylindrischen, mit dem Gehäusemantel (5a) einen Ringspalt (6) bildenden Behältermantel (2a) aufweisen und wobei in dem Ringspalt (6) eine am Gehäusemantel (5a) und am Behältermantel (2a) anliegende Rohrwendel (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrwendel (4) mit dem Gehäusemantel (5a) und dem Behältermantel (2a) eine kraftschlüssige Verbindung bildet.Integrated, a collector (2) and an internal heat exchanger (3) comprising assembly (1) of a refrigerant circuit, in particular for a motor vehicle air conditioning system, wherein the structural unit (1) has a cylindrical housing shell (5a) and the collector (2) has a cylindrical, with the housing casing (5a) an annular gap (6) forming container casing (2a) and wherein in the annular gap (6) on the housing shell (5a) and the container shell (2a) fitting tube coil (4) is arranged, characterized in that the Pipe helix (4) with the housing shell (5a) and the container casing (2a) forms a frictional connection. Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kraftschlüssige Verbindung durch eine plastische Verformung der Rohrwendel (4) gebildet ist.Assembly according to claim 1, characterized in that the frictional connection is formed by a plastic deformation of the coiled tubing (4). Baueinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammler (2) aus einem Kunststoff, insbesondere einem Polyamid hergestellt ist.Assembly according to claim 1 or 2, characterized in that the collector (2) is made of a plastic, in particular a polyamide. Baueinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Behältermantel (24, 25, 26) doppelwandig und mindestens eine Wand als Isolierschicht (24a, 25a, 26a) ausgebildet ist.Assembly according to claim 1 or 2, characterized in that the container casing (24, 25, 26) is double-walled and at least one wall is formed as an insulating layer (24a, 25a, 26a). Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrquerschnitt (23; 27, 28, 29, 30, 31)der Rohrwendel (4) ein Profil, insbesondere mit auf der Außenseite angeordneten Stegen (23a; 27a, 28a, 28b, 29a, 30a) aufweist.Assembly according to one of claims 1 to 4, characterized in that the tube cross-section (23; 27, 28, 29, 30, 31) of the coiled tubing (4) has a profile, in particular with arranged on the outside webs (23a, 27a, 28a, 28b, 29a, 30a). Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche zwischen der Rohrwendel (4) und dem Behältermantel (2a) durch dünne, von der Rohrwendel abragende Stege (27a) gebildet wird.Assembly according to one of claims 1 to 5, characterized in that the contact surface between the coiled tubing (4) and the container casing (2a) is formed by thin webs (27a) projecting from the coiled tubing. Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrwendel (4) Rohrenden (4a, 4b) und die Baueinheit (1) einen Boden (5b) und/oder einen Deckel (5c) mit Öffnungen (10, 11) aufweist und dass die Rohrenden (4a, 4b) in den Öffnungen (10, 11) aufgenommen und in den Boden (5b) und den Deckel (5c) eingewalzt sind.Assembly according to one of claims 1 to 6, characterized in that the coiled tubing (4) pipe ends (4a, 4b) and the structural unit (1) has a bottom (5b) and / or a lid (5c) with openings (10, 11). and that the pipe ends (4a, 4b) are received in the openings (10, 11) and rolled into the bottom (5b) and the lid (5c). Baueinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (10, 11, 33) Wandungen aufweisen, und dass in die Wandungen Vertiefungen, Hinterschneidungen (35, 36, 37) oder ein Gewinde (38) eingearbeitet sind, in welche das Material der Rohrenden (4a, 4b, 34) einwalzbar ist.An assembly according to claim 7, characterized in that the openings (10, 11, 33) have walls, and that in the walls recesses, undercuts (35, 36, 37) or a thread (38) are incorporated, in which the material of Pipe ends (4a, 4b, 34) is einwalzbar. Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammler (2) einen Behälterboden (40) aufweist und dass zwischen dem Boden (5b) der Baueinheit (1) und dem Behälterboden (40) Abstandshalter (44), insbesondere in Form von Ausprägungen (40a, 40b, 40c, 41 a, 41 b, 41 c) im Behälterboden (40) und/oder im Gehäuseboden (5b) vorgesehen sind.Assembly according to one of claims 1 to 8, characterized in that the collector (2) has a container bottom (40) and that between the bottom (5b) of the structural unit (1) and the container bottom (40) spacers (44), in particular Form of characteristics (40a, 40b, 40c, 41a, 41b, 41c) in the container bottom (40) and / or in the housing bottom (5b) are provided. Verfahren zur Herstellung einer Baueinheit (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrwendel (4) mit radialem Spiel in den Ringspalt (6) eingesetzt und anschließend radial gegen den Gehäusemantel (5a) und den Behältermantel (2a) aufgeweitet wird.Method for producing a structural unit (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the coiled tubing (4) inserted with radial clearance in the annular gap (6) and then expanded radially against the housing shell (5a) and the container shell (2a) becomes. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrwendel (4) zur Aufweitung mittels eines kompressiblen oder inkompressiblen Druckmediums mit einem Innendruck (pl), dem so genannten Aufweitdruck, beaufschlagt wird.A method according to claim 10, characterized in that the tube coil (4) for expansion by means of a compressible or incompressible pressure medium with an internal pressure (p l ), the so-called expansion pressure, is applied. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrwendel (4) auf einen Berstdruck ausgelegt ist, und dass das Verhältnis von Berstdruck zu Aufweitdruck in einem Bereich von 1,1 bis 1,5 liegt.A method according to claim 11, characterized in that the coiled tubing (4) is designed for a bursting pressure, and that the ratio of bursting pressure to Aufweitdruck is in a range of 1.1 to 1.5. Verfahren nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrquerschnitt der Rohrwendel (4) vor dem Einsetzen in den Ringspalt (6) in radialer Richtung durch Umformung verkürzt, insbesondere abgeplattet, planiert, ovalisiert oder in einen elliptischen Rohrquerschnitt umgeformt wird.The method of claim 10, 11 or 12, characterized in that the tube cross-section of the tube coil (4) prior to insertion into the annular gap (6) in the radial direction shortened by deformation, in particular flattened, planed, ovalized or formed into an elliptical pipe cross-section. Verfahren nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der Rohrwendel (4) ein außen profiliertes, vorzugsweise extrudiertes Rohr (23, 27, 28, 29, 30, 31) verwendet wird.A method according to claim 10, 11 or 12, characterized in that for producing the coiled tubing (4) an externally profiled, preferably extruded tube (23, 27, 28, 29, 30, 31) is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrenden (4a, 4b) der Rohrwendel (4) vor dem Aufweiten der Rohrwendel (4) in den Boden (5b) und/oder den Deckel (5c) eingewalzt werden.Method according to one of claims 10 to 14, characterized in that the tube ends (4a, 4b) of the coiled tubing (4) before the expansion of the coiled tubing (4) in the bottom (5b) and / or the cover (5c) are rolled.
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