EP3175195B1 - Wärmeübertrager und verfahren zur herstellung des wärmeübertragers - Google Patents

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EP3175195B1
EP3175195B1 EP15742244.5A EP15742244A EP3175195B1 EP 3175195 B1 EP3175195 B1 EP 3175195B1 EP 15742244 A EP15742244 A EP 15742244A EP 3175195 B1 EP3175195 B1 EP 3175195B1
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EP
European Patent Office
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housing
coil
accumulator
heat exchanger
force
Prior art date
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EP15742244.5A
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English (en)
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EP3175195A1 (de
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Uwe FÖRSTER
Wolfgang Geiger
Christoph Kästle
Andreas König
Karl-Gerd Krumbach
David Mayor Tonda
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Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
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    • F28F2275/122—Fastening; Joining by methods involving deformation of the elements by crimping, caulking or clinching

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger for cooling a fluid, with an accumulator, a housing and a tube shaped into a coil, a gap being formed between the accumulator and the housing, in which the tube shaped into a coil is arranged.
  • the invention also relates to a method for producing a heat exchanger.
  • R-744 CO 2
  • the refrigerant R-744 is much more environmentally friendly than R-134a and, with a comparable volume of the air conditioning system, enables a higher cooling capacity.
  • COP Coefficient of Performance
  • a so-called internal heat exchanger is additionally used in air conditioning systems, the refrigerant in this internal heat exchanger being cooled further by heat transfer between the refrigerant on the low pressure side of the refrigerant circuit and the warmer refrigerant on the high pressure side of the refrigerant circuit.
  • the EP 2 136 160 A2 shows a heat exchanger and a method for producing the heat exchanger.
  • the heat exchanger has a collector which is arranged in a housing.
  • a coiled tubing is arranged between the housing and the collector.
  • An internal high-pressure process is used to produce a contact between the tube coil, the collector and the housing, as a result of which the tube coil is expanded and comes into contact with the collector and the housing.
  • an air conditioning system which has an internal heat exchanger.
  • the internal heat exchanger is combined with the condenser.
  • the inner heat exchanger has a coiled tubing which is arranged between a collector and a housing.
  • a disadvantage of the devices in the prior art is, in particular, that the pipe which carries the refrigerant on the high-pressure side either only has the refrigerant on the low-pressure side flowing around them or achieves the generation of a defined countercurrent between the refrigerant on the high-pressure side and the low-pressure side by means of complex manufacturing processes becomes.
  • the occurrence of leaks can lead to a drastic reduction in the efficiency of the heat exchanger.
  • US-A-4061184 discloses a heat exchanger according to the preamble of claim 1.
  • An embodiment of the invention relates to a heat exchanger for cooling a fluid, with an accumulator, a housing and a tube formed into a coil, wherein a gap is formed between the accumulator and the housing, in which the tube shaped into a coil is arranged, wherein a non-positive connection is formed between the housing and the helix, the non-positive connection being produced by a plastic deformation of the housing.
  • a non-positive connection between the housing and the helix is particularly advantageous in order to prevent the helix from flowing uncontrollably along its turns. Gaps between the coil and the housing can cause leakage currents, which negatively affect the efficiency of the heat exchanger. It is particularly advantageous to generate a force fit by plastically deforming the housing. In particular, compression of the housing is advantageous, as a result of which the diameter of the housing is reduced, as a result of which the helix is brought into contact with the housing.
  • non-positive connection is produced between the housing and the coil and the accumulator, the non-positive connection being produced by plastic deformation of the housing and the coil.
  • both the housing and the coil are plastically deformed, as a result of which a positive connection is generated both between the accumulator and the coil and between the housing and the coil.
  • This is particularly advantageous in order to produce a flow channel that is as fluid as possible, along which a fluid flow can flow along the helix.
  • the housing is compressed until it rests on the coil.
  • the force component then continues to act on the housing so that the housing is further compressed until the coil is also compressed.
  • the helix is advantageously plastically deformed by compression until it comes into frictional engagement with the battery due to a reduction in diameter.
  • plastic deformation is generated by a force component acting radially inwards on the housing.
  • a radial direction always means a direction which is normal to the central axis of the heat exchanger.
  • An axial direction means a direction along the central axis of the heat transfer.
  • a preferred exemplary embodiment is characterized in that the accumulator, the helix and the housing are cylindrical.
  • a cylindrical configuration of the accumulator, the helix and the housing is advantageous in order to achieve a uniform compression of the individual elements that runs around the circumferential direction.
  • oval cross sections or angular cross sections of the elements can also be provided.
  • the application of the force component is preferably adapted to the respective cross sections of the elements in order to produce a force connection that is completely circumferential in the circumferential direction.
  • a non-adapted application of the force component can, for example, cause corrugations and bulges in the elements, thereby preventing a fluid-tight formation of a flow channel between the coil and the accumulator or the housing.
  • a helical flow channel is formed between the accumulator and the housing by the helix, through which a fluid can flow in the circumferential direction with an incline which can be predetermined by the turns of the helix.
  • the helical flow channel is advantageously formed by the free spaces formed between the individual turns.
  • the slope formed in the helix also gives the free spaces a slope, which at the same time also represents the slope of the resulting flow channel.
  • the flow channel is closed by the inner wall of the housing resting on the radially outward side of the coil and by the outer wall of the accumulator resting on the radially inward side of the coil.
  • the formation of such a flow channel allows a fluid to flow in a countercurrent to the fluid in the helix without leakage flows past the helix. This significantly increases the efficiency of the heat exchanger through improved heat transfer.
  • Elastic springbacks can result in minimal gaps between the coil and the housing. Due to their small gap width, these gaps lead to a very high pressure loss in the gap and thus to a high heat transfer. This column is therefore not to be regarded as disadvantageous.
  • the spacing of the turns from one another in the axial direction creates the free spaces between the turns which form the flow channel.
  • the size of the free spaces is mainly determined by the selected pitch of the individual turns.
  • the individual windings can also have slopes which differ from one another, as a result of which differently sized free spaces are created along the axial direction of the helix.
  • the tube from which the helix is formed has a round cross section or an oval cross section or an angular cross section.
  • An oval tube can be particularly advantageous if the broad sides of the tube extend in a radial direction, while the narrow sides extend in the axial direction. By compressing the tube in the radial direction, a tube with an approximately circular cross section can thus be produced. Deformation from the oval tube to the round tube can cause the material to work harden, which increases the strength of the tube. Nevertheless, the round shape created ensures an optimal flow cross-section.
  • the tube has an internal rib and / or an external rib. Ribs are advantageous in order to influence the fluids flowing through the heat exchanger in a targeted manner. In particular, the generation of a turbulent flow is advantageous in order to increase the heat transfer.
  • a method which provides for plastic deformation of the housing in order to produce a frictional connection between the coil and the inner surface of the housing is particularly advantageous since it is easy to use and can be easily adapted to a large number of differently dimensioned heat exchangers.
  • different outside diameters of the heat exchangers can be taken into account by correspondingly adapting the device in which the heat exchanger is accommodated for deformation.
  • the accumulator is preferably arranged in the center of the heat exchanger.
  • the coil is plugged onto the accumulator, so that the accumulator is arranged in the interior space formed within the coil.
  • the housing is placed over the coil so that the coil and the accumulator are arranged in the housing.
  • the accumulator, the filament and the housing preferably have the same cross sections, which differ only in the respective inner diameter and outer diameter.
  • a deformation, in particular a compression, of the housing is generated by a force component which acts inwards in the radial direction and is applied to the housing.
  • the force component is preferably removed from the housing when a certain predetermined deformation has been reached or other predetermined control values have been reached. For example, a measured force or a distance traveled can be considered as a control value.
  • the individual work steps of the method lead to an arrangement of an accumulator within a coil, the coil itself being arranged within the housing.
  • the force acting on the housing creates a force fit between at least the housing and the coil. After reaching a predefined frictional connection, the force is finally removed from the housing, which creates the heat exchanger with the non-positively connected elements.
  • the helix with the radially inward side abuts the radial outer surface of the accumulator and / or the helix with the radially outward side on the radial inner surface of the housing is applied.
  • the helix can rest on the accumulator and / or on the housing. This is particularly advantageous to facilitate assembly. In particular, if the helix only rests on one of the other two elements, assembly is particularly simple. If the accumulator and the housing bear against the helix, different fits can be provided between the helix and the accumulator and / or the housing, which enables assembly with greater or lesser expenditure of force.
  • a gap is formed between the housing and the helix in order to enable assembly.
  • a gap between the coil and the housing is particularly advantageous if the accumulator and the coil are already preassembled as a structural unit and a fit with small tolerances is formed between the coil and the accumulator. The assembly can then be easily installed in the housing.
  • a gap is advantageous in order to first achieve only a deformation of the housing during the plastic deformation before the housing comes into contact with the Wendel is coming. As a result, the housing can be transferred in a targeted manner beyond the elastic deformation area into the plastic deformation area without already having an effect on the coil or the accumulator.
  • Cold forming is particularly advantageous in order to achieve increased stability of the heat exchanger.
  • Cold forming changes the lattice structure of the materials of the individual elements, thereby strengthening the individual elements and thus the entire heat exchanger.
  • the force component is generated by a pressing device on the radial outer surface of the housing.
  • a pressing device can be formed, for example, by one or more punches which can be moved radially inwards in order to be able to apply a force component to the housing.
  • the surfaces of the stamp facing the heat exchanger can be easily adapted to the cross section of the housing of the heat exchanger, as a result of which different heat exchangers can also be manufactured in a simple manner.
  • the pressing device can act on the housing in the axial direction over the entire length of the housing or only along a partial region.
  • Another preferred exemplary embodiment is characterized in that the application of the force component is controlled away and the duration of the force application and / or the nominal force is dependent on the deformation of the housing generated by the force component or in that the application of the force component is force-controlled and the duration of the Force application and / or the nominal force is dependent on a measured or predefined force.
  • a path-controlled device preferably captures the working path of the pressing device or the deformation distance of the housing. From this, it can be concluded that the deformation has already taken place, whereby a very precise deformation can be achieved.
  • a force is measured in particular on the stamps, which occurs in response to the applied force component. This changes depending on whether only the housing is deformed or also the coil and / or the accumulator. In this way, the deformation can be carried out in a targeted manner without direct insight into the interior of the housing.
  • the nominal force means the force component and in particular its amount, which is applied to the housing for the purpose of deformation.
  • the deformation of the housing and optionally of the coil and / or of the accumulator has an elastic component, micro-gaps between the housing and the coil and / or between the coil and the after the action of the radially inward force component Train the accumulator.
  • micro-gaps increases the surface of the accumulator, the tube and the housing that is active for heat transfer. This is done by an upstream deformation of the individual elements and a subsequent expansion of the elements in the elastic range of the overall deformation. The deformed areas then have in particular a larger surface.
  • the microgaps are preferably so small that the disadvantages due to the microgaps are smaller than the advantages achieved by increasing the surface area.
  • the Figure 1 shows a perspective view of a helix 1.
  • the helix 1 is generated by a tube 2 which has been wound up to form a helix 1.
  • the helix 1 has a plurality of turns 3, which are spaced apart from one another in the axial direction of the helix 1 and each form a free space 4 between the turns 3 adjacent to one another.
  • the axial direction runs along the central axis, which extends from top to bottom through the interior space 7 formed within the turns 3 of the helix 1.
  • the radial direction runs from this central axis to the windings 3.
  • the tube 2 has two tube end regions 5, 6, which are arranged at the top and bottom at the end of the helix 1 and serve as fluid connections for the flow through the tube 2.
  • FIG. 2 shows a further view of the helix 1, as already shown in Figure 1 was shown.
  • the free spaces 4 can be seen, which are formed between two mutually adjacent turns 3.
  • the turns 3 each have an identical outside diameter and an identical inside diameter. This is in the embodiment of Figures 1 and 2 , which show a cylindrical helix 1, a cylindrical interior 7 and a cylindrical outer surface on the outside diameter of the turns 3.
  • the Figure 3 shows a detailed view of the upper end region of the helix 1.
  • the upper tube end region 5 can be seen, which is formed by a bend of approximately 90 ° from the upper turn 3 upwards.
  • the tube end region 5 can also be at different angles to the rest of the coil 1 or have additional connection elements.
  • the cylindrical interior 7 is shown in the interior of the helix 1 and furthermore the free spaces 4 between the mutually adjacent turns 3.
  • the Figure 4 shows a plan view of the helix 1 along the central axis, which is formed centrally in the cylindrical interior 7.
  • all the turns 3 are in alignment with one another and have identical inside and outside diameters, as a result of which a cylindrical inner lateral surface and a cylindrical outer lateral surface are formed on the helix 1.
  • the Figure 5 shows a sectional view through a heat exchanger 20. Inside the heat exchanger 20, the coil 1 is arranged, which according to the embodiments of FIG Figures 1 to 4 is executed. In the cylindrical interior 7 of the helix 1 there is also a cylindrical body 10 which forms an accumulator. This accumulator 10 is used in particular for the storage and / or filtering and / or drying of a refrigerant which can flow through the heat exchanger 20.
  • the accumulator 10 has a nozzle at its upper end region, which is in fluid communication with a fluid connection 16.
  • This fluid connection 16 is formed in the housing 11, which accommodates both the coil 1 and the accumulator 10.
  • the accumulator 10 has a radially outwardly directed surface 14, on which in the exemplary embodiment the Figure 5 the radially inward side 13 of the helix 1 rests.
  • the surface 14 can have any contour, ie for example be cylindrical, as shown, or be designed as a single or multiple thread.
  • the coil 1 is accordingly dimensioned such that the accumulator 10 can be accommodated in the cylindrical interior 7 with a precise fit.
  • a press fit, a clearance fit or a transition fit can preferably be provided between the accumulator 10 and the helix 1. Accordingly, the helix 1 can be pushed over the accumulator 10 with or without effort.
  • contact points 15 are formed on the individual windings 3.
  • the upper tube end region 5 of the coil 1 is in fluid communication with a further fluid connection 25, which is also formed in the housing 11 , whereby the coil 1 can be flowed through with a fluid.
  • the housing 11 is also cylindrical and has a radially inward surface 21.
  • the inside diameter of the housing 11 is larger than the outside diameter of the helix 1. This creates a gap 12 between the helix 1 and the housing 11.
  • the cylindrical wall of the housing 11 is rectilinear in the area of the helix in the axial direction and has no depressions or indentations.
  • the Figure 5 shows an assembled state of the heat exchanger 20 before the final processing, which provides for fixing the coil 1 between the accumulator 10 and the housing 11.
  • the cavity 17 formed between the accumulator 10 and the housing 11 or half of the accumulator 10 can also have a fluid flowing through it.
  • the filament 1 would only be flowed around since the gap 12 is located between the filament 1 and the housing 11.
  • a defined flow channel which is formed in particular by the free spaces 4 between the windings 3
  • an installation must be made between the inwardly facing surface 21 of the housing 11 and the radially outwardly facing surface Page 22 of the helix 1 are generated.
  • this is intended to reduce a leakage flow past the windings 3 or to exclude it entirely.
  • a fluid flowing through the cavity 17 can then only flow between the windings 3 in a screw-like channel structure which is formed by the free spaces 4, as a result of which an improved heat transfer between the fluid flowing in the coil 1 and the fluid flowing through the cavity 17 can be generated.
  • the Figure 6 shows the heat exchanger 20 of the Figure 5 , whereby deformation of the housing 11 in a radially inward direction creates a contact between the radially inward surface 21 of the housing 11 and the radially outward side 22 of the helix 1. This can be seen in particular in the partial region 18 of the housing 11, which is deflected out of the plane of the original wall 19 by the action of a radially inward force component.
  • the embodiment of the Figure 6 lies both the radially outward surface of the accumulator 10 on the helix 1 and the radially inward surface of the housing 11.
  • the flow channel is thus defined in particular by the free spaces 4 between the turns 3.
  • a deformation of the housing 11, as in Figure 6 is shown, for example, can be generated by a press ram which is arranged cylindrically around the housing 11 and which generates a radially inward force on the outer surface of the housing 11.
  • the heat exchanger 20 in the state of Figure 5 For example, be inserted into a press device and then a force component is exerted on the housing 11.
  • the Figure 7 shows an alternative embodiment of the heat exchanger 20.
  • an embodiment shown which represents a partially assembled state of the heat exchanger 20.
  • the partially assembled state there is both between the inward side 13 of the coil 1 and the radially outward surface 14 of the accumulator 10 and between the radially outward outer side 22 of the coil 1 and the radially inward surface 21 of the housing 11 each have a gap 12 and 24 respectively.
  • a structure of the heat exchanger 20, as in Figure 7 is achieved in particular in that the inner diameter of the coil 1 is larger than the outer diameter of the accumulator 10, while the inner diameter of the housing 11 is larger than the outer diameter of the coil 1.
  • a spacing as shown in FIG Figure 7 is particularly advantageous in order to achieve a simpler assembly of the heat exchanger 20.
  • the Figure 8 shows the heat exchanger as already in Figure 7 was shown, wherein the housing 11 is caused by a force component, which has acted radially inward on the outer surface of the housing 11, a deformation in the housing region 18.
  • the deformation in the area 18 of the housing 11 is in comparison to the deformation of the Figure 6 stronger, so that in addition to the housing 1 being in contact with the coil 1, the coil 1 was also in contact with the battery 10.
  • the housing 11 not only is the housing 11 deformed, but also the helix 1 is compressed in the radially inward direction.
  • the accumulator 10 can also experience compression due to the action of the radially inward force component.
  • the deformation of the housing 11 and, optionally, the coil 1 and / or the accumulator 10 results in strain hardening in the respective elements, which is particularly advantageous for producing a higher stability of the heat exchanger 20.
  • the elastic component of the deformation of the individual elements 1, 10 and 11 that is present in each case can lead to the formation of micro-gaps between the coil 1 and the accumulator 10 or the housing 11.
  • these micro-gaps are so small that the leakage currents generated are extremely low.
  • the efficiency of the heat exchanger 20 is influenced only slightly.
  • micro-gaps that arise due to the deformation of the individual elements are advantageous because they lead to an increase in the surface area of the individual elements, as a result of which an improved heat transfer can be generated.
  • the increased efficiency due to the improved heat transfer is to be preferred over the efficiency reduction due to the microgaps.
  • a tube 2 is shown with a circular cross section.
  • tubes with an oval, elliptical or angular cross section can also be used.
  • the shape of cylindrical cross sections of the helix 1, the accumulator 10 and the housing 11 shown in each case are also only examples. Different cross sections can also be used here without deviating from the basic idea of the invention.
  • the tube can also have inner ribs or outer ribs, through which the flow in the individual flow channels can be influenced.
  • the free spaces 4 between the windings 3 can be designed with turbulence-generating rib elements.
  • the Figure 9 shows a block diagram illustrating the steps of the method in a sequence.
  • the accumulator 10 is inserted into the coil.
  • the helix 1 forms an interior space 7 which is arranged in the center of the helix 1.
  • the accumulator 10 is inserted into this interior.
  • the helix 1 can also be pushed over the accumulator 10.
  • the block 31 represents the work step in which the housing 11 is plugged onto the helix 1.
  • the housing 11 is preferably tubular, the cross section of the housing 11 being matched to the cross section of the helix 1 and / or the accumulator 10.
  • a force component is applied to the radial outer surface of the housing 11. This can preferably be done by a pressing device which provides movable punches which generate a force in the radial direction by a method.
  • the work step which is represented by block 33, corresponds to the plastic deformation of the housing 11 as a result of the force component applied to the housing 11 in block 32.
  • the force component After reaching a certain predetermined deformation of the housing 11 and optionally the coil 1 and / or the accumulator 10, the force component is finally removed from the housing 11, so that no further plastic deformation takes place. This step is shown in block 34.

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Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager zur Kühlung eines Fluids, mit einem Akkumulator, einem Gehäuse und einem zu einer Wendel geformten Rohr, wobei zwischen dem Akkumulator und dem Gehäuse ein Spalt ausgebildet ist, in welchem das zu einer Wendel geformte Rohr angeordnet ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers.
    • Stand der Technik
  • Aufgrund gesetzlicher Vorgaben ist das Kältemittel R-134a zukünftig für die Nutzung in Klimaanlagen nicht mehr zulässig. Als alternatives Kältemittel wird unter anderem R-744 (CO2) verwendet. Das Kältemittel R-744 ist im Vergleich zu R-134a wesentlich umweltfreundlicher und ermöglicht weiterhin bei einem vergleichbaren Bauvolumen der Klimaanlage eine höhere Kälteleistung. Außerdem wird eine höhere Effizienz (COP = Coefficient of Performance) hinsichtlich der Kälteleistung im Vergleich zur Verdichterleistung erreicht.
  • Für die Verwendung von R-744 wird in Klimaanlagen zusätzlich ein sogenannter innerer Wärmeübertrager verwendet, wobei das Kältemittel in diesem inneren Wärmeübertrager weiter abgekühlt wird, indem ein Wärmeübertrag zwischen dem Kältemittel auf der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs und dem wärmeren Kältemittel auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs stattfindet.
  • Im Stand der Technik sind unterschiedliche Vorrichtungen bekannt, welche einen zusätzlichen inneren Wärmeübertrager aufweisen.
  • Die EP 2 136 160 A2 zeigt einen Wärmeübertrager sowie ein Verfahren zur Herstellung des Wärmeübertragers. Der Wärmeübertrager weist einen Sammler auf, der in einem Gehäuse angeordnet ist. Zwischen dem Gehäuse und dem Sammler ist eine Rohrwendel angeordnet. Zur Erzeugung eines Kontaktes zwischen der Rohrwendel, dem Sammler und dem Gehäuse wird ein Innenhochdruckverfahren verwendet, wodurch die Rohrwendel aufgeweitet wird und mit dem Sammler und dem Gehäuse in Anlage kommt.
  • Aus der DE 198 30 757 A1 ist eine Klimaanlage bekannt, welche einen inneren Wärmeübertrager aufweist. Der innere Wärmeübertrager ist mit dem Kondensator kombiniert. In einem Ausführungsbeispiel weist der innere Wärmeübertrager eine Rohrwendel auf, welche zwischen einem Sammler und einem Gehäuse angeordnet ist.
  • Nachteilig an den Vorrichtungen im Stand der Technik ist insbesondere, dass das Rohr, welches das Kältemittel auf der Hochdruckseite führt entweder nur von dem Kältemittel auf der Niederdruckseite umströmt wird oder die Erzeugung eines definierten Gegenstroms zwischen dem Kältemittel der Hochdruckseite und der Niederdruckseite durch aufwändige Fertigungsverfahren erreicht wird. Insbesondere in Vorrichtungen welche ein Strömen des Kältemittels auf der Hochdruckseite und der Niederdruckseite im Gegenstrom vorsehen, kann das Entstehen von Leckagen zu einer drastischen Reduzierung der Effizienz des Wärmeübertragers führen. US-A-4061184 offenbart einen Wärmeübertrager gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
    • Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
  • Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Wärmeübertrager zu schaffen, welcher auf einfache Weise herstellbar ist und eine effiziente Abkühlung eines Fluids erlaubt. Weiterhin ist es die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zu schaffen, welches eine einfache, kostengünstige und prozesssichere Herstellung eines Wärmeübertragers ermöglicht.
  • Die Aufgabe hinsichtlich des Wärmeübertragers wird durch einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager zur Kühlung eines Fluids, mit einem Akkumulator, einem Gehäuse und einem zu einer Wendel geformten Rohr, wobei zwischen dem Akkumulator und dem Gehäuse ein Spalt ausgebildet ist, in welchem das zu einer Wendel geformte Rohr angeordnet ist, wobei zwischen dem Gehäuse und der Wendel eine kraftschlüssige Verbindung gebildet ist, wobei die kraftschlüssige Verbindung durch eine plastische Verformung des Gehäuses erzeugt ist.
  • Eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Gehäuse und der Wendel ist besonders vorteilhaft, um zu verhindern, dass die Wendel unkontrolliert entlang ihrer Windungen umströmt wird. Durch Spalte zwischen der Wendel und dem Gehäuse können Leckageströmungen entstehen, welche die Effizienz des Wärmeübertragers negativ beeinflussen. Besonders vorteilhaft ist das Erzeugen eines Kraftschlusses durch ein plastisches Verformen des Gehäuses. Insbesondere ist eine Stauchung des Gehäuses vorteilhaft, durch welche der Durchmesser des Gehäuses verringert wird, wodurch eine Anlage der Wendel am Gehäuse erzeugt wird.
  • Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn zwischen dem Gehäuse und der Wendel und dem Akkumulator eine kraftschlüssige Verbindung erzeugt ist, wobei die kraftschlüssige Verbindung durch eine plastische Verformung des Gehäuses und der Wendel erzeugt ist.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird sowohl das Gehäuse als auch die Wendel plastisch verformt, wodurch ein Kraftschluss sowohl zwischen dem Akkumulator und der Wendel als auch zwischen dem Gehäuse und der Wendel erzeugt wird. Dies ist besonders vorteilhaft, um einen möglichst fluiddichten Strömungskanal zu erzeugen, entlang welchem ein Fluidstrom an der Wendel entlang strömen kann. Das Gehäuse wird hierbei gestaucht, bis es an der Wendel anliegt. Die Kraftkomponente wirkt dann weiter auf das Gehäuse ein, damit das Gehäuse weiter gestaucht wird, bis auch die Wendel eine Stauchung erfährt. Die Wendel wird dabei vorteilhafterweise solange durch eine Stauchung plastisch verformt, bis sie infolge einer Durchmesserverkleinerung in einen Kraftschluss mit dem Akkumulator kommt.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn die plastische Verformung durch eine radial nach innen wirkende Kraftkomponente auf das Gehäuse erzeugt ist.
  • Mit einer radialen Richtung ist stets eine Richtung gemeint, welche als Normale auf der Mittelachse des Wärmeübertragers steht. Mit einer axialen Richtung ist eine Richtung entlang der Mittelachse des Wärmeübertrages gemeint.
  • Durch eine radial nach innen wirkende Kraftkomponente kann eine vorteilhafte Stauchung des Gehäuses und optional der Wendel und/oder des Akkumulators erreicht werden. Da die einzelnen Elemente konzentrisch zueinander angeordnet sind, kann durch das Aufbringen einer radial nach innen gerichteten Kraft eine plastische Verformung an einzelnen Elementen oder an allen drei Elementen gleichzeitig erzeugt werden.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der Akkumulator, die Wendel und das Gehäuse zylinderförmig ausgebildet sind. Eine zylinderförmige Ausgestaltung des Akkumulators, der Wendel und des Gehäuses ist vorteilhaft, um eine gleichmäßige und entlang der Umfangsrichtung umlaufende Stauchung der einzelnen Elemente zu erreichen.
  • In alternativen Ausführungsformen können jedoch auch ovale Querschnitte oder eckige Querschnitte der Elemente vorgesehen sein. Die Aufbringung der Kraftkomponente ist dabei vorzugsweise an die jeweiligen Querschnitte der Elemente angepasst, um einen in Umfangsrichtung vollständig umlaufenden Kraftschluss zu erzeugen. Durch eine nicht angepasste Aufbringung der Kraftkomponente kann es beispielsweise zu Wellungen und Ausbeulungen der Elemente kommen, wodurch eine fluiddichte Ausbildung eines Strömungskanals zwischen der Wendel und dem Akkumulator beziehungsweise dem Gehäuse verhindert wird.
  • Auch ist es zu bevorzugen, wenn zwischen dem Akkumulator und dem Gehäuse durch die Wendel ein schraubenförmiger Strömungskanal gebildet ist, durch welchen ein Fluid in Umfangsrichtung mit einer durch die Windungen der Wendel vorgebbaren Steigung strömbar ist.
  • Der schraubenförmige Strömungskanal wird vorteilhafterweise durch die zwischen den einzelnen Windungen ausgebildeten Freiräume gebildet. Durch die in die Wendel eingeformte Steigung erhalten auch die Freiräume eine Steigung, welche gleichzeitig auch die Steigung des entstehenden Strömungskanals darstellt. In radialer Richtung wird der Strömungskanal durch die Anlage der Gehäuseinnenwandung an der radial nach außen gerichteten Seite der Wendel und durch die Anlage der Außenwandung des Akkumulators an der radial nach innen gerichteten Seite der Wendel abgeschlossen. Durch die Ausbildung eines solchen Strömungskanals kann ein Fluid gerichtet im Gegenstrom zu dem Fluid in der Wendel strömen, ohne das Leckageströmungen an der Wendel vorbei entstehen. Dadurch wird die Effizienz des Wärmeübertragers durch einen verbesserten Wärmeübergang deutlich erhöht. Durch elastische Rückfederungen können minimale Spalte zwischen der Wendel und dem Gehäuse entstehen, diese Spalte führen durch ihre geringe Spaltbreite zu einem sehr hohen Druckverlust im Spalt und somit zu einem hohen Wärmeübergang. Diese Spalte sind somit nicht als nachteilig anzusehen.
  • Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die einzelnen Windungen der Wendel in axialer Richtung zueinander beabstandet ausgebildet sind.
  • Durch die Beabstandung der Windungen zueinander in axialer Richtung entstehen die Freiräume zwischen den Windungen, welche den Strömungskanal ausbilden. Die Größe der Freiräume wird dabei hauptsächlich durch die gewählte Steigung der einzelnen Windungen bestimmt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung können die einzelnen Windungen auch voneinander abweichende Steigungen aufweisen, wodurch entlang der axialen Richtung der Wendel unterschiedlich große Freiräume entstehen.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Rohr, aus welchem die Wendel geformt ist, einen runden Querschnitt oder einen ovalen Querschnitt oder einen eckigen Querschnitt aufweist. Ein ovales Rohr kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn sich die Breitseiten des Rohrs in einer radialen Richtung erstrecken, während sich die Schmalseiten in axialer Richtung erstrecken. Durch eine Stauchung des Rohrs in radialer Richtung kann somit ein Rohr mit annähernd kreisrundem Querschnitt erzeugt werden. Die Verformung vom ovalen Rohr zum runden Rohr kann eine Kaltverfestigung des Materials verursachen, wodurch die Festigkeit des Rohres erhöht wird. Trotzdem bleibt durch die erzeugte runde Form ein optimaler Strömungsquerschnitt erhalten.
  • Auch ist es zweckmäßig, wenn das Rohr eine Innenberippung und/oder eine Außenberippung aufweist. Berippungen sind vorteilhaft, um eine gezielte Beeinflussung der durch den Wärmeübertrager strömenden Fluide zu erreichen. Insbesondere ist die Erzeugung einer turbulenten Strömung vorteilhaft, um den Wärmeübertrag zu erhöhen.
  • Die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 9 gelöst.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers, mit einem Akkumulator, mit einem Gehäuse und mit einem zu einer Wendel geformten Rohr, wobei das Verfahren die nachfolgenden Schritte umfasst:
    • ▪ Einführen des Akkumulators in die Wendel,
    • ▪ Aufstecken eines rohrförmigen Gehäuses auf die Wendel,
    • ▪ Aufbringen einer radial nach innen gerichteten Kraft auf das Gehäuse,
    • ▪ plastisches Verformen des Gehäuses und optional der Wendel und/oder des Akkumulators in einer radial nach innen gerichteten Richtung,
    • ▪ Entfernen der Kraftkomponente vom Gehäuse.
  • Ein Verfahren, welches eine plastische Verformung des Gehäuses vorsieht, um einen Kraftschluss zwischen der Wendel und der Innenfläche des Gehäuses zu erzeugen, ist besonders vorteilhaft, da es einfach anzuwenden ist und auf eine Vielzahl unterschiedlich dimensionierter Wärmeübertrager einfach angepasst werden kann. Insbesondere unterschiedliche Außendurchmesser der Wärmeübertrager können durch eine entsprechende Anpassung der Vorrichtung, in welche der Wärmeübertrager zur Verformung aufgenommen ist, berücksichtigt werden.
  • Der Akkumulator ist bevorzugt im Zentrum des Wärmeübertragers angeordnet. Die Wendel wird auf den Akkumulator aufgesteckt, so dass der Akkumulator im innerhalb der Wendel ausgebildeten Innenraum angeordnet ist. Das Gehäuse wird über die Wendel gesteckt, so dass die Wendel und der Akkumulator in dem Gehäuse angeordnet sind. Der Akkumulator, die Wendel und das Gehäuse weisen bevorzugt gleiche Querschnitte auf, welche sich lediglich durch die jeweiligen Innendurchmesser und Außendurchmesser unterscheiden.
  • Durch eine Kraftkomponente, welche in radialer Richtung nach innen wirkt und auf das Gehäuse aufgebracht wird, wird eine Verformung, insbesondere eine Stauchung, des Gehäuses erzeugt.
  • Die Kraftkomponente wird bevorzugt dann vom Gehäuse entfernt, wenn eine bestimmte vorgegebene Verformung erreicht ist oder andere vorgegebene Kontrollwerte erreicht wurden. Als Kontrollwert kommen beispielsweise eine gemessene Kraft oder ein zurückgelegter Arbeitsweg in Betracht.
  • Die einzelnen Arbeitsschritte des Verfahrens führen zu einer Anordnung von einem Akkumulator innerhalb einer Wendel, wobei die Wendel selbst innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Durch die Krafteinwirkung auf das Gehäuse wird ein Kraftschluss zwischen zumindest dem Gehäuse und der Wendel erzeugt. Nach dem Erreichen eines vordefinierten Kraftschlusses wird die Kraft schließlich vom Gehäuse entfernt, wodurch der Wärmeübertrager mit den kraftschlüssig verbundenen Elementen entsteht.
  • Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn vor dem Aufbringen der radial nach innen gerichteten Kraftkomponente die Wendel mit der radial nach innen gerichteten Seite an der radialen Außenfläche des Akkumulators anliegt und/oder die Wendel mit der radial nach außen gerichteten Seite an der radialen Innenfläche des Gehäuses anliegt.
  • Je nach Dimensionierung der einzelnen Elemente, kann die Wendel an dem Akkumulator anliegen und/oder an dem Gehäuse anliegen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, um die Montage zu erleichtern. Insbesondere, wenn die Wendel nur an einem der beiden anderen Elemente anliegt, ist die Montage besonders einfach. Sofern der Akkumulator und das Gehäuse an der Wendel anliegen, können zwischen der Wendel und dem Akkumulator und/oder dem Gehäuse unterschiedliche Passungen vorgesehen werden, wodurch eine Montage mit höherem oder geringerem Kraftaufwand möglich wird.
  • Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn vor dem Aufbringen der radial nach innen gerichteten Kraftkomponente ein Spalt zwischen dem Gehäuse und der Wendel ausgebildet ist, um eine Montage zu ermöglichen.
  • Ein Spalt zwischen der Wendel und dem Gehäuse ist besonders vorteilhaft, wenn der Akkumulator und die Wendel bereits als Baueinheit vormontiert sind und zwischen der Wendel und dem Akkumulator eine Passung mit geringen Toleranzen ausgebildet ist. Die Baueinheit lässt sich dann einfach im Gehäuse montieren. Außerdem ist ein Spalt vorteilhaft, um während der plastischen Verformung zuerst nur eine Verformung des Gehäuses zu erreichen, bevor das Gehäuse in Anlage mit der Wendel kommt. Dadurch kann das Gehäuse gezielt über den elastischen Verformungsbereich hinaus in den plastischen Verformungsbereich überführt werden, ohne bereits eine Auswirkung auf die Wendel oder den Akkumulator zu erreichen.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn durch das Aufbringen der radial nach innen gerichteten Kraftkomponente eine Kaltverformung des Gehäuses und optional der Wendel und/oder des Akkumulators erzeugt wird.
  • Eine Kaltverformung ist besonders vorteilhaft, um eine erhöhte Stabilität des Wärmeübertragers zu erreichen. Durch eine Kaltverformung wird die Gitterstruktur der Materialien der einzelnen Elemente verändert, wodurch eine Festigung der einzelnen Elemente und damit des gesamten Wärmeübertragers erreicht wird.
  • Auch ist es zu bevorzugen, wenn die Kraftkomponente durch eine Pressvorrichtung auf der radialen Außenfläche des Gehäuses erzeugt wird.
  • Eine Pressvorrichtung kann beispielsweise durch einen oder mehrere Stempel gebildet sein, welche radial nach innen gefahren werden können, um so eine Kraftkomponente auf das Gehäuse aufbringen zu können. Die dem Wärmeübertrager zugewandten Flächen der Stempel können auf einfache Weise an den Querschnitt des Gehäuses des Wärmeübertragers angepasst werden, wodurch auch unterschiedliche Wärmeübertrager auf einfache Weise gefertigt werden können. Die Pressvorrichtung kann in axialer Richtung über die gesamte Länge des Gehäuses auf das Gehäuse einwirken oder nur entlang eines Teilbereichs.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Kraftkomponente weggesteuert ist und die Dauer der Kraftaufbringung und/oder die Nennkraft abhängig von der durch die Kraftkomponente erzeugten Verformung des Gehäuses ist oder dadurch, dass das Aufbringen der Kraftkomponente kraftgesteuert ist und die Dauer der Kraftaufbringung und/oder die Nennkraft abhängig von einer gemessenen oder vordefinierten Kraft ist.
  • Dies ist besonders vorteilhaft, um eine genau definierte Verformung zu erzeugen. Eine weggesteuerte Vorrichtung erfasst bevorzugt den Arbeitsweg der Pressvorrichtung beziehungsweise die Verformungsstrecke des Gehäuses. Aus dieser kann auf die bereits erfolgte Verformung geschlossen werden, wodurch eine sehr genaue Verformung erreicht werden kann. Bei einer kraftgesteuerten Pressvorrichtung wird insbesondere an den Stempeln eine Kraft gemessen, welche als Reaktion auf die aufgebrachte Kraftkomponente entsteht. Diese verändert sich abhängig davon, ob nur das Gehäuse verformt wird oder auch die Wendel und/oder der Akkumulator. Auf diese Weise kann die Verformung auch ohne direkten Einblick in das Innere des Gehäuses zielgerichtet durchgeführt werden.
  • Mit der Nennkraft ist die Kraftkomponente und insbesondere deren Betrag gemeint, welche auf das Gehäuse zum Zwecke der Verformung aufgebracht wird.
  • Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Verformung des Gehäuses und optional der Wendel und/oder des Akkumulators einen elastischen Anteil aufweist, wobei sich nach dem Einwirken der radial nach innen gerichteten Kraftkomponente Mikrospalte zwischen dem Gehäuse und der Wendel und/oder zwischen der Wendel und dem Akkumulator ausbilden.
  • Durch das Entstehen von Mikrospalten wird die zum Wärmeübertrag aktive Oberfläche des Akkumulators, des Rohres und des Gehäuses erhöht. Dies geschieht durch eine vorgelagerte Verformung der einzelnen Elemente und eine anschließende Weitung der Elemente im elastischen Bereich der Gesamtverformung. Die verformten Bereiche weisen danach insbesondere eine größere Oberfläche auf. Die Mikrospalte sind bevorzugt derart gering, dass die Nachteile infolge der Mikrospalte geringer sind als die durch die Oberflächenvergrößerung erzielten Vorteile.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1
    eine perspektivische Ansicht eines zu einer Wendel geformten Rohres,
    Fig. 2
    eine alternative Ansicht des zu einer Wendel geformten Rohres, wobei die zwischen den Windungen ausgebildeten Freiräume dargestellt sind,
    Fig. 3
    eine Detailansicht des oberen Endbereichs der Wendel, wobei einer der Rohrendbereiche dargestellt ist, durch welchen die Wendel durchströmbar ist,
    Fig. 4
    eine Aufsicht auf die Wendel, wobei der zylindrische Innenraum, welcher im Inneren der Wendel ausgebildet ist, gezeigt ist,
    Fig. 5
    eine Schnittansicht durch einen Wärmeübertrager, wobei ein Zustand vor dem letzten Bearbeitungsschritt gezeigt ist und zwischen der Wendel und dem Gehäuse ein Spalt ausgebildet ist,
    Fig. 6
    eine Schnittansicht durch den Wärmeübertrager gemäß Figur 5, wobei das Gehäuse plastisch verformt ist und in Anlage mit der Wendel ist,
    Fig. 7
    eine Schnittansicht durch einen alternativ ausgestalteten Wärmeübertrager, wobei ein Zustand vor dem letzten Bearbeitungsschritt gezeigt ist und zwischen der Wendel und dem Akkumulator und der Wendel und dem Gehäuse jeweils ein Spalt ausgebildet ist,
    Fig. 8
    eine Schnittansicht durch einen Wärmeübertrager gemäß Figur 7, wobei durch eine plastische Verformung des Gehäuses und der Wendel die Wendel mit dem Akkumulator und mit dem Gehäuse in Anlage ist, und
    Fig. 9
    ein Blockdiagramm, welches den Ablauf des Verfahrens zur Herstellung des Wärmeübertragers zeigt.
    Bevorzugte Ausführung der Erfindung
  • Die Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Wendel 1. Die Wendel 1 ist durch ein Rohr 2 erzeugt, welches zu einer Wendel 1 aufgewickelt wurde. Die Wendel 1 weist eine Mehrzahl von Windungen 3 auf, welche in axialer Richtung der Wendel 1 zueinander beabstandet ausgebildet sind und jeweils einen Freiraum 4 zwischen den zueinander benachbarten Windungen 3 ausbilden. Die axiale Richtung verläuft entlang der Mittelachse, welche sich von oben nach unten durch den innerhalb der Windungen 3 der Wendel 1 ausgebildeten Innenraum 7 erstreckt. Die radiale Richtung verläuft von dieser Mittelachse hin zu den Windungen 3.
  • Das Rohr 2 weist zwei Rohendbereiche 5, 6 auf, welche oben und unten am Ende der Wendel 1 angeordnet sind und als Fluidanschlüsse für die Durchströmung des Rohres 2 dienen.
  • Die Figur 2 zeigt eine weitere Ansicht der Wendel 1, wie sie bereits in Figur 1 gezeigt wurde. In Figur 2 sind insbesondere die Freiräume 4 zu erkennen, welche zwischen zwei zueinander benachbarten Windungen 3 ausgebildet sind. Die Windungen 3 weisen jeweils einen identischen Außendurchmesser sowie einen identischen Innendurchmesser auf. Dadurch wird in dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2, welche eine zylindrisch ausgebildete Wendel 1 zeigen, ein zylindrischer Innenraum 7 ausgebildet und eine zylindrische Mantelfläche am Außendurchmesser der Windungen 3.
  • Die Figur 3 zeigt eine Detailansicht des oberen Endbereichs der Wendel 1. In der Figur 3 ist der obere Rohrendbereich 5 zu erkennen, welcher durch eine Biegung von ungefähr 90° aus der oberen Windung 3 nach oben hin ausgeformt ist. In alternativen Ausführungsformen kann der Rohrendbereich 5 auch in anderen Winkeln zum Rest der Wendel 1 stehen oder zusätzliche Anschlusselemente aufweisen. Des Weiteren ist in Figur 3 der zylindrische Innenraum 7 im Inneren der Wendel 1 dargestellt und weiterhin die Freiräume 4 zwischen den zueinander benachbarten Windungen 3.
  • Die Figur 4 zeigt eine Aufsicht auf die Wendel 1 entlang der Mittelachse, welche zentral im zylindrischen Innenraum 7 ausgebildet ist. In Figur 4 ist insbesondere zu erkennen, dass alle Windungen 3 in einer Flucht miteinander liegen und identische Innen- sowie Außendurchmesser aufweisen, wodurch eine zylindrische Innenmantelfläche und eine zylindrische Außenmantelfläche an der Wendel 1 ausgebildet werden.
  • Die Figur 5 zeigt eine Schnittansicht durch einen Wärmeübertrager 20. Innerhalb des Wärmeübertragers 20 ist die Wendel 1 angeordnet, welche entsprechend der Ausführungsbeispiele der Figuren 1 bis 4 ausgeführt ist. Im zylindrischen Innenraum 7 der Wendel 1 ist ein ebenfalls zylindrischer Körper 10 angeordnet, welcher einen Ackumulator ausbildet. Dieser Akkumulator 10 dient insbesondere der Bevorratung und/oder Filterung und/oder Trocknung eines Kältemittels, welches durch den Wärmeübertrager 20 strömen kann.
  • Der Akkumulator 10 weist an seinem oberen Endbereich einen Stutzen auf, welcher mit einem Fluidanschluss 16 in Fluidkommunikation steht. Dieser Fluidanschluss 16 ist in dem Gehäuse 11 ausgebildet, welches sowohl die Wendel 1 als auch den Ackumulator 10 in sich aufnimmt.
  • Der Akkumulator 10 weist eine radial nach außen gerichtete Fläche 14 auf, an welcher im Ausführungsbeispiel der Figur 5 die radial nach innen gerichtete Seite 13 der Wendel 1 anliegt. Die Fläche 14 kann eine beliebige Kontur besitzen, d.h. beispielsweise zylindrisch sein, wie dargestellt, oder als ein ein- oder mehrgängiges Gewinde ausgebildet sein. Die Wendel 1 ist dementsprechend derart dimensioniert, dass der Akkumulator 10 passgenau in den zylindrischen Innenraum 7 aufnehmbar ist. Zwischen dem Akkumulator 10 und der Wendel 1 kann bevorzugt eine Presspassung, eine Spielpassung oder eine Übergangspassung vorgesehen sein. Dementsprechend kann die Wendel 1 mit oder ohne Kraftaufwand über den Akkumulator 10 geschoben werden. Zwischen der radial nach innen gerichteten Seite 13 und der radial nach außen gerichteten Fläche 14 entstehen an den einzelnen Windungen 3 jeweils Kontaktstellen 15. Der obere Rohrendbereich 5 der Wendel 1 steht mit einem weiteren Fluidanschluss 25, welcher ebenfalls im Gehäuse 11 ausgebildet ist, in Fluidkommunikation, wodurch die Wendel 1 mit einem Fluid durchströmt werden kann.
  • Das Gehäuse 11 ist ebenfalls zylindrisch ausgebildet und weist eine radial nach innen gerichtete Fläche 21 auf. Der Innendurchmesser des Gehäuses 11 ist größer als der Außendurchmesser der Wendel 1. Dadurch entsteht zwischen der Wendel 1 und dem Gehäuse 11 ein Spalt 12.
  • Die zylindrische Wandung des Gehäuses 11 ist im Bereich der Wendel in axialer Richtung geradlinig ausgebildet und weist keine Vertiefungen oder Einformungen auf.
  • Die Figur 5 zeigt einen Montagezustand des Wärmeübertragers 20 vor der endgültigen Bearbeitung, welche eine Fixierung der Wendel 1 zwischen dem Akkumulator 10 und dem Gehäuse 11 vorsieht. Insbesondere der zwischen dem Akkumulator 10 und dem Gehäuse 11 oder halb des Akkumulators 10 ausgebildete Hohlraum 17 kann ebenfalls von einem Fluid durchströmt werden.
  • Im Ausführungsbeispiel der Figur 5 würde die Wendel 1 jedoch lediglich umströmt werden, da sich zwischen der Wendel 1 und dem Gehäuse 11 der Spalt 12 befindet. Zur Erzeugung eines definierten Strömungskanals, welcher insbesondere durch die Freiräume 4 zwischen den Windungen 3 gebildet ist, muss eine Anlage zwischen der nach innen gerichteten Fläche 21 des Gehäuses 11 und der radial nach außen gerichteten Seite 22 der Wendel 1 erzeugt werden. Dies soll insbesondere eine Leckageströmung an den Windungen 3 vorbei reduzieren beziehungsweise gänzlich ausschließen. Ein durch den Hohlraum 17 strömendes Fluid kann dann nur noch in einer schraubenartigen Kanalstruktur, welche durch die Freiräume 4 gebildet ist, zwischen den Windungen 3 strömen, wodurch eine verbesserte Wärmeübertragung zwischen dem in der Wendel 1 strömenden Fluid und dem durch den Hohlraum 17 strömenden Fluid erzeugt werden kann.
  • Die Figur 6 zeigt den Wärmeübertrager 20 der Figur 5, wobei durch eine Verformung des Gehäuses 11 in einer radial nach innen gerichteten Richtung eine Anlage zwischen der radial nach innen gerichteten Fläche 21 des Gehäuses 11 und der radial nach außen gerichteten Seite 22 der Wendel 1 erzeugt ist. Dies ist insbesondere durch den Teilbereich 18 des Gehäuses 11 zu erkennen, welcher durch das Einwirken einer radial nach innen gerichteten Kraftkomponente aus der Ebene der ursprünglichen Wandung 19 ausgelenkt ist. Im Ausführungsbeispiel der Figur 6 liegt sowohl die radial nach außen gerichtete Fläche des Akkumulators 10 an der Wendel 1 an als auch die radial nach innen gerichtete Fläche des Gehäuses 11. Der Strömungskanal ist somit insbesondere durch die Freiräume 4 zwischen den Windungen 3 definiert.
  • Eine Verformung des Gehäuses 11, wie sie in Figur 6 gezeigt ist, kann beispielsweise durch einen zylindrisch um das Gehäuse 11 angeordneten Pressstempel erzeugt werden, welcher eine radial nach innen gerichtete Kraft auf die Außenfläche des Gehäuses 11 erzeugt. Hierzu kann der Wärmeübertrager 20 im Zustand der Figur 5 beispielsweise in eine Presseinrichtung eingelegt werden und anschließend eine Kraftkomponente auf das Gehäuse 11 ausgeübt werden.
  • Die Figur 7 zeigt eine alternative Ausführungsform des Wärmeübertragers 20. Im Unterschied zur Figur 5 ist in der Figur 7 eine Ausführung gezeigt, die einen teilmontierten Zustand des Wärmeübertragers 20 darstellt. Im teilmontierten Zustand ist sowohl zwischen der nach innen gerichteten Seite 13 der Wendel 1 und der radial nach außen gerichteten Fläche 14 des Akkumulators 10 als auch zwischen der radial nach außen gerichteten Seite 22 der Wendel 1 und der radial nach innen gerichteten Fläche 21 des Gehäuses 11 jeweils ein Spalt 12 beziehungsweise 24 ausgebildet.
  • Ein Aufbau des Wärmeübertragers 20, wie er in Figur 7 gezeigt ist, wird insbesondere dadurch erreicht, dass der Innendurchmesser der Wendel 1 größer ist als der Außendurchmesser des Akkumulators 10, während der Innendurchmesser des Gehäuses 11 größer ist als der Außendurchmesser der Wendel 1. Eine Beabstandung, wie sie in Figur 7 gezeigt ist, ist insbesondere vorteilhaft, um eine einfachere Montage des Wärmeübertragers 20 zu erreichen.
  • Die Figur 8 zeigt den Wärmeübertrager, wie er bereits in Figur 7 gezeigt wurde, wobei das Gehäuse 11 durch eine Kraftkomponente, welche radial nach innen gerichtet auf die Außenfläche des Gehäuses 11 eingewirkt hat, eine Verformung im Gehäusebereich 18 entstanden ist. Die Verformung im Bereich 18 des Gehäuses 11 ist im Vergleich zur Verformung der Figur 6 stärker, so dass neben einer Anlage des Gehäuses an der Wendel 1 auch eine Anlage der Wendel 1 am Akkumulator 10 erzeugt wurde. Hierzu wird nicht nur das Gehäuse 11 verformt, sondern auch die Wendel 1 in radial nach innen gerichteter Richtung gestaucht.
  • Der Akkumulator 10 kann durch das Einwirken der radial nach innen gerichteten Kraftkomponente ebenfalls eine Stauchung erfahren.
  • Durch die Verformung des Gehäuses 11 und optional der Wendel 1 und/oder des Akkumulators 10 entsteht eine Kaltverfestigung in den jeweiligen Elementen, welche besonders vorteilhaft zur Erzeugung einer höheren Stabilität des Wärmeübertragers 20 ist.
  • Durch den jeweils vorhandenen elastischen Anteil der Verformung der einzelnen Elemente 1, 10 und 11 kann es zur Ausbildung von Mikrospalten zwischen der Wendel 1 und dem Akkumulator 10 oder dem Gehäuse 11 kommen. Diese Mikrospalte sind allerdings so klein, dass die entstehenden Leckageströme äußerst gering sind. Die Effizienz des Wärmeübertragers 20 wird dadurch nur geringfügig beeinflusst.
  • Darüber hinaus sind die Mikrospalte, die aufgrund der Verformung der einzelnen Elemente entstehen, vorteilhaft, da sie zu einer Oberflächenvergrößerung der einzelnen Elemente führen, wodurch ein verbesserter Wärmeübertrag erzeugbar ist. Die erhöhte Effizienz infolge des verbesserten Wärmeübertrags ist dabei gegenüber der Effizienzreduzierung infolge der Mikrospalte zu bevorzugen.
  • In den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 8 ist insbesondere ein Rohr 2 mit einem kreisrunden Querschnitt dargestellt. In vorteilhaften Weiterbildungen können auch Rohre mit ovalem, elliptischem oder eckigem Querschnitt verwendet werden. Auch die jeweils gezeigte Ausformung von zylindrischen Querschnitten der Wendel 1, des Akkumulators 10 und des Gehäuses 11 sind lediglich beispielhaft. Auch hier können abweichende Querschnitte verwendet werden, ohne von dem Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Rohr auch Innenrippen beziehungsweise Außenrippen aufweisen, durch welche die Strömung in den einzelnen Strömungskanälen beeinflusst werden kann. Insbesondere die Freiräume 4 zwischen den Windungen 3 können mit turbulenzerzeugenden Rippenelementen ausgeführt sein.
  • Die Figur 9 zeigt ein Blockdiagramm, welches die Schritte des Verfahrens in einer Abfolge darstellt. Im Arbeitsschritt, welcher durch den Block 30 dargestellt ist, wird der Akkumulator 10 in die Wendel eingeführt. Wie in den vorausgegangenen Figuren bereits gezeigt wurde, bildet die Wendel 1 einen Innenraum 7 aus, welcher im Zentrum der Wendel 1 angeordnet ist. In diesen Innenraum wird der Akkumulator 10 eingesteckt. Alternativ kann auch die Wendel 1 über den Akkumulator 10 geschoben werden.
  • Der Block 31 stellt den Arbeitsschritt dar, in welchem das Gehäuse 11 auf die Wendel 1 aufgesteckt wird. Das Gehäuse 11 ist bevorzugt rohrförmig ausgebildet, wobei der Querschnitt des Gehäuses 11 an den Querschnitt der Wendel 1 und/oder des Akkumulators 10 angepasst ist.
  • Im durch den Block 32 dargestellten Arbeitsschritt wird eine Kraftkomponente auf die radiale Außenfläche des Gehäuses 11 aufgebracht. Dies kann bevorzugt durch eine Pressvorrichtung geschehen, welche bewegliche Stempel vorsieht, die durch ein Verfahren in radialer Richtung eine Kraft erzeugen.
  • Der Arbeitsschritt, welcher durch den Block 33 dargestellt ist, entspricht dem plastischen Verformen des Gehäuses 11 infolge der im Block 32 auf das Gehäuse 11 aufgebrachten Kraftkomponente.
  • Nach dem Erreichen einer bestimmten vorgegebenen Verformung des Gehäuses 11 und optional der Wendel 1 und/oder des Akkumulators 10 wird die Kraftkomponente schließlich von dem Gehäuse 11 entfernt, so dass keine weitere plastische Verformung mehr stattfindet. Dieser Arbeitsschritt ist im Block 34 dargestellt.
  • Die einzelnen Merkmale der gezeigten Ausführungsbeispiele können untereinander kombiniert werden. Sie bilden insbesondere hinsichtlich der Materialwahl, der Geometrie und der Anordnung der einzelnen Elemente zueinander keine beschränkende Wirkung.

Claims (15)

  1. Wärmeübertrager (20) zur Kühlung eines Fluids, mit einem Akkumulator (10), einem Gehäuse (11) und einem zu einer Wendel (1) geformten Rohr (2), wobei zwischen dem Akkumulator (10) und dem Gehäuse (11) ein Spalt ausgebildet ist, in welchem das zu einer Wendel (1) geformte Rohr (2) angeordnet ist, wobei zwischen dem Gehäuse (11) und der Wendel (1) eine kraftschlüssige Verbindung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die kraftschlüssige Verbindung durch eine plastische Verformung des Gehäuses (11) erzeugt ist.
  2. Wärmeübertrager (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gehäuse (11) und der Wendel (1) und dem Akkumulator (10) eine kraftschlüssige Verbindung erzeugt ist, wobei die kraftschlüssige Verbindung durch eine plastische Verformung des Gehäuses (11) und der Wendel (1) erzeugt ist.
  3. Wärmeübertrager (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die plastische Verformung durch eine radial nach innen wirkende Kraftkomponente auf das Gehäuse (11) erzeugt ist.
  4. Wärmeübertrager (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Akkumulator (10), die Wendel (1) und das Gehäuse (11) zylinderförmig ausgebildet sind.
  5. Wärmeübertrager (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Akkumulator (10) und dem Gehäuse (11) durch die Wendel (1) ein schraubenförmiger Strömungskanal gebildet ist, durch welchen ein Fluid in Umfangsrichtung mit einer durch die Windungen (3) der Wendel (1) vorgebbaren Steigung strömbar ist.
  6. Wärmeübertrager (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Windungen (3) der Wendel (1) in axialer Richtung zueinander beabstandet ausgebildet sind.
  7. Wärmeübertrager (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (2), aus welchem die Wendel (1) geformt ist, einen runden Querschnitt oder einen ovalen Querschnitt oder einen eckigen Querschnitt aufweist.
  8. Wärmeübertrager (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (2) eine Innenberippung und/oder eine Außenberippung aufweist.
  9. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers (20) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Akkumulator (10), einem Gehäuse (11) und einem zu einer Wendel (1) geformten Rohr (2), wobei das Verfahren die nachfolgenden Schritte umfasst:
    ▪ Einführen des Akkumulators (10) in die Wendel (1),
    ▪ Aufstecken eines rohrförmigen Gehäuses (11) auf die Wendel (1),
    ▪ Aufbringen einer radial nach innen gerichteten Kraft auf das Gehäuse (11),
    ▪ plastisches Verformen des Gehäuses (11) und optional der Wendel (1) und/oder des Akkumulators (10) in einer radial nach innen gerichteten Richtung,
    ▪ Entfernen der Kraftkomponente vom Gehäuse (11).
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der radial nach innen gerichteten Kraftkomponente die Wendel (1) mit der radial nach innen gerichteten Seite (13) an der radialen Außenfläche (14) des Akkumulators (10) anliegt und/oder die Wendel (1) mit der radial nach außen gerichteten Seite (22) an der radialen Innenfläche (21) des Gehäuses (11) anliegt.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der radial nach innen gerichteten Kraftkomponente ein Spalt (12) zwischen dem Gehäuse (11) und der Wendel (1) ausgebildet ist.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Aufbringen der radial nach innen gerichteten Kraftkomponente eine Kaltverformung des Gehäuses (11) und optional der Wendel (1) und/oder des Akkumulators (10) erzeugt wird.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftkomponente durch eine Pressvorrichtung auf der radialen Außenfläche des Gehäuses (11) erzeugt wird.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Kraftkomponente weggesteuert ist und die Dauer der Kraftaufbringung und/oder die Nennkraft abhängig von der durch die Kraftkomponente erzeugten Verformung des Gehäuses (11) ist oder dadurch, dass das Aufbringen der Kraftkomponente kraftgesteuert ist und die Dauer der Kraftaufbringung und/oder die Nennkraft abhängig von einer gemessenen oder vordefinierten Kraft ist.
  15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung des Gehäuses (11) und optional der Wendel (1) und/oder des Akkumulators (10) einen elastischen Anteil aufweist, wobei sich nach dem Einwirken der radial nach innen gerichteten Kraftkomponente Mikrospalte zwischen dem Gehäuse (11) und der Wendel (1) und/oder zwischen der Wendel (1) und dem Akkumulator (10) ausbilden.
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