WO2006056190A1 - Verfahren zum herstellen eines wärmetauschers - Google Patents

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WO2006056190A1 PCT/DE2005/002125 DE2005002125W WO2006056190A1 WO 2006056190 A1 WO2006056190 A1 WO 2006056190A1 DE 2005002125 W DE2005002125 W DE 2005002125W WO 2006056190 A1 WO2006056190 A1 WO 2006056190A1
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Andreas Ludwig
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    • F24H3/065—Air heaters with forced circulation the air being kept separate from the heating medium, e.g. using forced circulation of air over radiators using fluid fuel
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    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/4935—Heat exchanger or boiler making

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a heat exchanger for an air heater for integration into an air-conducting housing, which has a longitudinal axis auf ⁇ a pointing heat exchanger body.
  • auxiliary heaters for vehicles especially for commercial vehicles, mainly separated from the on-board heating-air conditioning unit, vorlie ⁇ also referred to as vehicle air conditioner, installed.
  • Der ⁇ like additional heaters are, for example, realized as Heilmorege ⁇ devices that are used as auxiliary heater and / or as StandMapun ⁇ conditions.
  • the position selected for the integration of the air heater into the heating / air-conditioning unit and the construction of the air-heating appliance are decisively responsible for the function, economy and security of the integration. It is therefore desirable to combine the various with the introduction of the air heater in the heating-air conditioning unit to recognize standing problems and to provide appropriate solutions, so that ultimately a successful overall concept is available.
  • One problem is related to the high weight of the heat exchanger body, which is generally produced by a pressure casting technique. Due to the high weight, in particular, the housing carrying the vehicle heater must be designed to be correspondingly stable.
  • an air heater be ⁇ Another important requirement of an air heater be ⁇ is to arrange this so that a transfer of combustion gases is excluded in the air flowing around the air heater air. Furthermore, it is to be ensured that the air used for the combustion is taken from the outer region of the motor vehicle, that is to say, in particular, not from the interior. An improvement with regard to the location of the various connecting pieces of the air heater is also desirable.
  • the object of the invention is to overcome the aforementioned problems by appropriate solutions, in particular with regard to the weight of the heat exchanger.
  • the invention is based on the generic method in that the heat exchanger body is produced at least partially in a die casting method using two cores, the cores being formed in opposite directions. be removed long extending the longitudinal axis Entformungsraumen. In this way, the mold release forces can be reduced for a given draft angle, given surface finish and given material. Ultimately, such a heat exchanger with reduced Wand ⁇ strength and thus reduced weight can be produced.
  • the method shows its particular advantages in the case that the heat exchanger core has an internal profile. Since such an inner profile increases the demoulding forces, in this case the reduction of the harvesting forces according to the invention is of particular advantage.
  • the method for producing a heat exchanger can be used, in which the réellepro ⁇ fil extending in the longitudinal direction ribs.
  • the heat-transmitting inner surface of the heat exchanger can be increased, so that in turn the total space can be reduced in total.
  • the heat exchanger body and a heat exchanger base are manufactured separately.
  • the heat exchanger bottom and the heat exchanger head are separately from the heat exchanger body, the heat exchanger body as a whole can be produced by the method according to the invention.
  • the heat exchanger body has a heat exchanger core and heat exchanger surfaces and that the heat exchanger core and the components providing the heat exchanger surfaces are at least partially manufactured separately.
  • This separate production possibility is also considered to be advantageous in view of the possible weight reduction and a higher variability with regard to the design of the components and the production methods.
  • the components providing the heat transfer surfaces are shrunk and / or pressed onto the heat exchanger core.
  • the heat exchanger head and the heat exchanger base are preferably gas-tightly connected to the heat exchanger core by welding, soldering, gluing and / or screwing together, the individual heat exchanger surfaces designed, for example, as a disk-like structure
  • cross-sectional geometry is oval.
  • cross-sectional geometry of the cross-sectional geometry of an aircraft wing is similar.
  • cross-sectional geometry may be spindle-shaped.
  • the heat exchanger body has on its outer side a plurality of rods which provide heat transfer surfaces available. By means of such a multiplicity of bars, a very large surface can be made available for heat transfer to the air to be heated.
  • the heat exchanger body may have a heat exchanger core and for the plurality of rods to be applied at least partially to the heat exchanger core by means of a separate component.
  • the heat exchanger body has a heat exchanger core and that the multiplicity of bars is at least partially integral with the heat exchanger core. meleyerkern is formed.
  • different advantages can be recognized, for example on the one hand with regard to variability and on the other hand with regard to the simplicity of the overall manufacturing process.
  • the heat exchanger body has on its outside a multiplicity of corrugated ribs which provide heat transfer surfaces.
  • the heat exchanger body has a heat exchanger core and that the plurality of corrugated fins is at least partially applied to the heat exchanger core by means of a separate component or as separate components.
  • the heat exchanger body has ei ⁇ NEN heat exchanger core and that the plurality of corrugated fins is at least partially formed integrally with the heat exchanger core. It is useful not to attach derar ⁇ term heat exchanger surfaces via screw or similar compounds to the heat transfer core, but by welding, soldering, shrinking or pressing on one or more deferred surface parts or whole packages.
  • the heat exchanger body is constructed from a plurality of heat exchanger body modules. This, in turn, also increases the variability since individual heat exchanger body modules differ in their content. staltet and in particular different sized pulptau ⁇ shear can be produced shear.
  • the heat exchanger body modules are at least partially identical. There are then, especially in the case of the die-casting process, no different tools required.
  • the flow guide elements are designed in the manner of a screw thread, as blades, meander-shaped components, baffles and / or perforated tubes. These and many other possibilities improve the overall heat transfer.
  • a flange plate is provided, which by means of sealing elements between a Montagestei ⁇ le for the air heater and the flange plate and zwi ⁇ tween the air heater and the Flange plate at least one ne exhaust gas outlet seals against the vehicle interior.
  • a flange plate ensures that the exhaust gas can be routed to the outside air as short a path as possible, whereby there is no risk of exhaust fumes entering the interior of the vehicle.
  • the flange plate seals a combustion air supply against the Anlagenin ⁇ nenraum.
  • the combustion air is taken from the exterior of the vehicle.
  • the flange plate has a passage for a fuel supply.
  • all connections through which gases and liquids are transported are localized in the area of the flange plate, which brings with it advantages for the connection of the air heater to the overall concept.
  • the invention is based on the finding that an air heater can be integrated into a heating air conditioning system of a motor vehicle, in particular of a commercial vehicle, in an economical manner which is suitable with regard to functionality. This can be attributed in particular to the high variability of the heat exchanger provided according to the invention as well as to the positive properties of the heat exchanger with regard to its weight.
  • Figure 1 is a perspective view of a Beercream ⁇ device
  • Figure 2 is a perspective view of a BeerLite ⁇ device without heat exchanger
  • FIG. 3 is a perspective view of an air heater without a heat exchanger, broken down into burner head and burner unit;
  • FIG. 4 is a perspective view of a heat exchanger
  • Figure 5 is a perspective view of individual compo nents a heat exchanger
  • FIG. 6 is a perspective view of an air heater with a housing attachment arranged thereon;
  • Figure 7 is a sectional view of a heat exchanger core with an oval cross-section
  • FIG. 8 shows a sectional view of a heat exchanger core with a wing-shaped cross section
  • Figure 9 is a sectional view of a heat exchanger core with spindle-shaped cross-section;
  • Figure 10 shows a heat exchanger and a separate component for heat transfer in perspective Darstel ⁇ development;
  • FIG. 12 shows a heat exchanger in perspective illustration
  • FIG. 14 is a perspective view of a plurality of identical heat exchanger body modules
  • Figure 15 is a cutaway perspective view of a heat exchanger
  • FIG. 16 shows a perspective view of a combustion tube
  • FIG. 17 shows a perspective view of a combustion tube
  • Figure 18 is a perspective view of a Brennroh ⁇ res.
  • FIG. 19 is a perspective view of a connection area of an air heater with flange plate.
  • the same reference numerals denote the same or similar components.
  • the air heater 12 comprises a heat exchanger 10, which is mounted on a burner unit 60, and a burner head 62.
  • the burner head 62 includes a blower motor 64 and a control unit 66, the essential components a combustion air blower unit 68 form.
  • a nozzle 56 is further provided for a Brenn ⁇ air supply.
  • On the burner unit 60 ei ⁇ ne fuel supply 58 and a nozzle 54 are provided for a Ab ⁇ gas discharge.
  • a flange plate 48 which has openings for the passage of the fuel feed 58 and the combustion air supply 56, is arranged on the exhaust gas discharge 54. The function of the flange plate 48 will be explained in more detail with reference to FIG.
  • the heat exchanger 10 placed on the burner unit 60 has on its outer side a rib structure, in order thereby to enlarge the surface for heat transfer to the air flowing around the heat exchanger 10.
  • the air heater 12 is preferably arranged in such a way with respect to the air flow of the air to be heated, that the air flows in and out perpendicular to the axis of the heat exchanger 10 and the heat exchanger 10 um ⁇ flows.
  • FIG. 2 shows a perspective view of an air heater 12 without a heat exchanger.
  • the burner unit 60 comprises a burner tube 70 in which hot gases are formed by flame formation, which is their Heat energy transferred to the heat exchanger 10, not shown in Figure 2.
  • a plurality of holes 72 are formed in the shell of the burner tube 70.
  • FIG. 3 shows a perspective view of an air heater 12 without a heat exchanger, disassembled into the burner head and burner unit. It is clear from this representation that the burner head 60 is connected to the burner unit 60 via a flange connection 74, 76. Furthermore, it becomes clear in this representation that the flange plate 48 is firmly connected to the exhaust gas outlet 54, while a passage in the flange plate is provided for the combustion air feed 56.
  • FIG. 4 shows a perspective view of a heat exchanger 10.
  • a rib structure can be seen, which provides heat transfer surfaces 22.
  • FIG. 5 shows a perspective view of individual components of a heat exchanger 10.
  • the heat exchanger 10 is designed in several parts. It comprises a heat exchanger core 20, components 24 with heat exchanger surfaces 22, a heat exchanger base 16 and a heat exchanger head 18. Depending on the design of the burner head 62 and / or the burner unit 60, the heat exchanger head 18 may be dispensable. Inside the heat exchanger core 20, an inner profile 30 is provided in order to improve the heat transfer from the hot gases arising in the burner tube 70 to the heat exchanger 10.
  • the heat exchanger head 18 and the heat exchanger base 16 can be produced by various techniques, for example by deep drawing, die casting or by machining.
  • the individual parts can then be connected to one another by various connecting techniques, for example by welding, soldering, gluing and / or screwing. Since combustion gases occur within the heat exchanger 10, it is essential that a gas-tight connection is provided between heat exchanger head 18, heat exchanger core 20 and heat exchanger bottom 16.
  • the heat exchanger core with components 24 fastened thereon with heat transfer surfaces 22 is also referred to as heat exchanger body 14.
  • FIG. 6 shows a perspective illustration of an air heating unit 12 with a housing fastening 74 arranged thereon.
  • the air heater 12 can be fastened to a surrounding housing.
  • the housing fastening 74 is fastened to the air heater 12 via the heat exchanger head 18 and the heat exchanger base 16.
  • FIG. 7 shows a sectional view of a heat exchanger core with an oval cross-section.
  • the heat exchanger core 20 has an inner profile 30.
  • the finer this inner profile 30 is madestal ⁇ tet, the larger the surface, which is available for heat transfer from the hot gases to the heat exchanger 10.
  • a heat exchanger core 20, as shown vor ⁇ lying, can be prepared for example by an extrusion process. As a result, small wall thicknesses can be ensured in order to ensure a low weight on the one hand and a large surface for the heat transfer on the other hand.
  • fastening means for example Openings 76, arranged for attachment of the other components an ⁇ .
  • the oval cross-sectional geometry 32 of the heat exchanger 20 can improve the flow conditions for the air flowing around the heat exchanger 20 to be heated. Since the heat exchanger base 16 is a component manufactured separately from the heat exchanger core 20, the production of the heat exchanger core 20 is simplified.
  • FIG. 8 shows a sectional view of a heat exchanger core with a wing-shaped cross-section.
  • FIG. 9 shows a sectional view of a heat exchanger core with a spindle-shaped cross section.
  • the cross-sectional geometries shown here, namely the flight-shaped cross-sectional geometry 34 and the spindle-shaped cross-sectional geometry 30 are to be understood as further examples of a geometry favorable for the flow around the heat exchanger 20.
  • FIG. 10 shows a heat exchanger 10 and a separate component 24 for heat transfer in a perspective view.
  • the illustrated component 24 is manufactured separately from the heat exchanger core 20.
  • the already placed on the Wär ⁇ meleyerkern 20 components 24 are fixed there by shrinking or pressing of individual or several deferred components 24 or whole packages.
  • FIG. 11 shows a heat exchanger in perspective Dar ⁇ position.
  • the heat exchanger 10 shown here has an extremely large surface area for the transfer of heat to the air flowing around it. This is realized in that the heat transfer surface 22 is provided by a plurality of rods 26.
  • FIG. 12 shows a heat exchanger in perspective view. Here, too, an extremely large heat transfer surface is available, since rods 26 are also provided in large numbers to provide this heat transfer surface 22.
  • an inner profile 30 can be seen. In the present embodiment, this inner profile partially continues the outer bars 26 or bar rows.
  • the rods 26 both of the embodiment according to FIG. 12 and of the embodiment according to FIG. 11 can either be mounted externally on the heat exchanger surface by a separately produced component or can be realized by the subsequent processing of an extruded profile by means of reshaping or machining processes.
  • FIG. 13 shows a heat exchanger 10 in a perspective view.
  • the components 28 shown here which provide the heat exchanger surfaces 22 of the heat exchanger 10 for disposal, are corrugated ribs that promote heat transfer.
  • FIG. 14 shows a plurality of identical heat exchanger body modules 38 in perspective view.
  • the embodiment shown here is of particular interest when the heat exchanger is not to be manufactured by extrusion, as mentioned above, but, as usual, by a die-casting process. Die casting methods have the disadvantage that large wall thicknesses can occur due to draft angles.
  • a plurality of heat exchanger body modules 38 are provided, wherein each individual heat exchanger body module 38 has only a small axial one Length. Consequently, wall thickness can be saved due to short Entungsungsschrägen.
  • FIG. 15 shows a cut-open perspective view of a heat exchanger 10.
  • demolding slopes can be kept short. Namely, by manufacturing the heat exchanger 10 manufactured as a die-cast part with two cores which are removed in two opposite demolding directions 40, 42, the wall thickness can also be kept low.
  • FIGS. 16, 17, 18 show a perspective view of combustion tubes 70.
  • FIG. 17 shows a perspective view of a combustion tube.
  • FIG. 18 shows a perspective view of a combustion tube.
  • a helical flow guide 44 is shown.
  • the flow guide part can be realized in the form of blades, meander-like geometries, baffles and perforated tubes, such a perforated tube having a plurality of holes 46 being shown in FIG. 18 in addition to the hole profile formed by the holes 72.
  • FIG. 19 shows a perspective view of a connection region of an air heater with flange plate 48.
  • the flange plate 48 serves for mounting the air heating system. Rätes 10 on the vehicle body or a housing or other component attached to the vehicle. To ensure that the exhaust gases and the combustion air are supplied to the outer space or removed therefrom, the flange plate 48 is sealed against the air heater 12 and against the mounting location, that is to say, for example, the vehicle body.
  • the seals can be realized, for example, by means of sealing rings.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers (10) für ein Luftheizgerät (12) zur Integration in ein Luft führendes Gehäuse, welcher einen eine Längsachse aufweisenden Wärmetauscherkörper (14) aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Wärmetauscherkörper (14) zumindest teilweise in einem zwei Kerne verwendenden Druckgussverfahren hergestellt wird, wobei die Kerne in entgegengesetzten sich entlang der Längsachse erstreckenden Entformungsrichtungen (40, 42) entnommen werden.

Description

Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers für ein Luftheizgerät zur Integration in ein Luft führendes Gehäuse, welcher einen eine Längsachse auf¬ weisenden Wärmetauscherkörper aufweist.
Derzeit werden kraftstoffbetriebene Zusatzheizungen für Fahrzeuge, insbesondere für Nutzfahrzeuge, hauptsächlich getrennt von der fahrzeugeigenen Heiz-Klimaeinheit, vorlie¬ gend auch als Fahrzeugklimagerät bezeichnet, verbaut. Der¬ artige Zusatzheizungen sind beispielsweise als Luftheizge¬ räte realisiert, die als Zuheizer und/oder als Standheizun¬ gen zum Einsatz kommen.
Seit geraumer Zeit gehen Bestrebungen dahin, Luftheizgeräte in die fahrzeugeigene Heiz-Klimaeinheit zu integrieren. Dies spart Bauraum und erforderliche Komponenten. Ein Bei¬ spiel für eine derartige Anordnung ist in der DE 102 11 591 Al dargestellt.
Die für die Einbindung des Luftheizgerätes in die Heiz-Kli- maeinheit gewählte Position und der Aufbau des Luftheizge¬ rätes sind für die Funktion, die Wirtschaftlichkeit und die Sicherheit der Einbindung maßgeblich verantwortlich. Man ist daher bestrebt, die verschiedenen mit der Einbringung des Luftheizgerätes in die Heiz-Klimaeinheit in Verbindung stehenden Problematiken zu erkennen und diesbezügliche Lö¬ sungen bereitzustellen, so dass letztlich ein gelungenes Gesamtkonzept zur Verfügung steht.
Ein Problemkreis hängt mit dem hohen Gewicht des Wärmetau¬ scherkörpers zusammen, der im allgemeinen durch eine Druck¬ gusstechnik gefertigt ist. Aufgrund des hohen Gewichts muss insbesondere das das Fahrzeugheizgerät tragende Gehäuse entsprechend stabil ausgeführt sein.
Der sich in axiale Richtung länglich erstreckende Wärmetau¬ scher soll bei den vorgeschlagenen Konzepten senkrecht zu dieser Richtung umströmt werden. Eine solche Umströmung führt zwangsläufig zu hohen Luftverwirbelungen und somit zu hohen Strömungsverlusten. Will man dies durch eine Vergrö¬ ßerung des den Wärmetauscher ungebenden Bauraums ausglei¬ chen, dann hat dies zur Folge, dass insgesamt der Bauraum für die Heiz-Klimaanlage vergrößert werden muss. Es sind daher Lösungen erforderlich, die das Strömungsverhalten und die Wärmeübertragung des Wärmetauschers begünstigen.
Weiterhin besteht der Wunsch, bereits vorhandene Komponen¬ ten der Luftheizgeräte auch im Zusammenhang mit dem Konzept des Einbaus des Luftheizgerätes in eine Heiz-Klimaanlage weiterhin verwenden zu können. Man ist daher bestrebt, den Wärmetauscher möglichst variabel aufzubauen, um so diesel¬ ben Konzepte im Zusammenhang mit verschiedenen Typen von Luftheizgeräten verwenden zu können. Dieser Wunsch nach Va¬ riabilität betrifft auch die Herstellung des Wärmetau- schers. Neben der Umströmung des Wärmetauschers von der durch ihn zu erwärmenden Luft spielt weiterhin die Wärmeübertragung von den Verbrennungsgasen auf den Wärmetauscher eine wich¬ tige Rolle. Auch diese Wärmeübertagung soll verbessert wer- den, um hierdurch insbesondere eine größere Freiheit beim Aufbau des Wärmeübertragers bereitstellen zu können.
Eine weitere wichtige Anforderung an ein Luftheizgerät be¬ steht darin, dieses so anzuordnen, dass ein Übertritt von Verbrennungsgasen in die das Luftheizgerät umströmende Luft ausgeschlossen ist. Weiterhin soll sichergestellt werden, dass die für die Verbrennung verwendete Luft dem Außenbe¬ reich des Kraftfahrzeugs, das heißt insbesondere nicht dem Innenraum entnommen wird. Eine Verbesserung im Hinblick auf die Lokalisierung der verschiedenen Anschlussstutzen des Luftheizgerätes ist ebenfalls erwünscht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend genannten Problematiken durch angemessene Lösungen zu über- winden, insbesondere in Bezug auf das Gewicht des Wärmetau¬ schers.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen An¬ spruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Verfahren da- durch auf, dass der Wärmetauscherkörper zumindest teilweise in einem zwei Kerne verwendenden Druckgussverfahren herge¬ stellt wird, wobei die Kerne in entgegengesetzten sich ent- lang der Längsachse erstreckenden Entformungsrichtungen entnommen werden. Hierdurch lassen sich die Entformungs- kräfte bei gegebener Entformungsschräge, gegebener Oberflä¬ chenbeschaffenheit und gegebenem Werkstoff reduzieren. Letztlich kann so ein Wärmetauscher mit verminderter Wand¬ stärke und somit vermindertem Gewicht hergestellt werden.
Das Verfahren zeigt seine besonderen Vorzüge in dem Fall, dass der Wärmetauscherkern ein Innenprofil aufweist. Da ein solches Innenprofil die Entformungskräfte erhöht, ist in diesem Fall die erfindungsgemäße Reduzierung der Erntfor- mungskräfte von besonderem Vorteil.
Beispielsweise kann das Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers verwendet werden, bei dem das das Innenpro¬ fil sich in Längsrichtung erstreckende Rippen umfasst. Durch ein solches Innenprofil kann die wärmeübertragende Innenfläche des Wärmetauschers vergrößert werden, so dass insgesamt wiederum der Gesamtbauraum verringert werden kann.
Nützlicherweise ist vorgesehen, dass der Wärmetauscherkör¬ per und ein Wärmetauscherboden separat gefertigt werden. Indem der Wärmetauscherboden und der Wärmetauscherköpf se- parat vom Wärmetauscherkörper gefertigt werden, kann der Wärmetauscherkörper insgesamt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigt werden.
Aus vergleichbaren Gründen ist es sinnvoll, dass ein sepa- rat gefertigter Wärmetauscherkopf vorgesehen ist. Falls ein solcher Wärmetauscherkopf vorhanden ist, lässt dessen sepa¬ rate Fertigung die Anwendung des erfindungsgemäßen Druck- gussverfahrens zu. Je nach geometrischer Ausführung des Brennerkopfes beziehungsweise der Brennereinheit ist es je¬ doch auch möglich, auf den Wärmetauscherkopf gänzlich zu verzichten.
Die Besonderheiten der erfindungsgemäßen Herstellung eines Wärmetauschers können in Kombination mit zahlreichen weite¬ ren Eigenschaften des Wärmetauschers, von Luftheizgeräten, für die der Wärmetauscher vorgesehen ist, und von Herstel- lungsverfahren für Wärmetauscher vorteilhafte Merkmale er¬ geben.
Es kann vorgesehen sein, dass der Wärmetauscherkörper einen Wärmetauscherkern und Wärmeübertragerflächen aufweist und dass der Wärmetauscherkern und die die Wärmeübertragerflä¬ chen zur Verfügung stellenden Bauteile zumindest teilweise separat gefertigt sind. Auch diese separate Fertigungsmög¬ lichkeit wird vor dem Hintergrund einer möglichen Gewichts¬ reduzierung und einer höheren Variabilität im Hinblick auf die Auslegung der Bauteile und die Herstellungsverfahren als vorteilhaft erachtet.
In diesem Zusammenhang ist es insbesondere nützlich, dass die die Wärmeübertragerflächen zur Verfügung stellenden Bauteile auf den Wärmetauscherkern aufgeschrumpft und/oder aufgepresst sind. Während der Wärmetauscherköpf und der Wärmetauscherboden vorzugsweise durch Schweißen, Löten, Kleben und/oder Verschrauben mit dem Wärmetauscherkern gas¬ dicht verbunden werden, steht für die beispielsweise schei- benartig ausgebildeten einzelnen Wärmeübertragerflächen die
Möglichkeit zur Verfügung, diese auf den Wärmetauscherkern aufzuschrumpfen oder aufzupressen, wodurch eine weitere Möglichkeit zur Variation der Herstellungsverfahren zur Verfügung steht.
Es kann vorgesehen sein, dass er eine die Reduzierung des Strömungswiderstands begünstigende Querschnittsgeometrie aufweist.
Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Querschnittsgeometrie oval ist.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass die Quer¬ schnittsgeometrie der Querschnittsgeometrie einer Flugzeug¬ tragfläche ähnlich ist.
Weiterhin kann es von Vorteil sein, dass die Querschnitts¬ geometrie spindelförmig ist.
Es kann vorgesehen sein, dass der Wärmetauscherkörper an seiner Außenseite eine Vielzahl von Stäben aufweist, die Wärmeübertragerflächen zur Verfügung stellen. Durch eine derartige Vielzahl von Stäben kann eine sehr große Oberflä¬ che zur Wärmeübertragung an die zu erwärmende Luft zur Ver¬ fügung gestellt werden.
Dabei kann einerseits nützlich sein, dass der Wärmetau¬ scherkörper einen Wärmetauscherkern aufweist und dass die Vielzahl von Stäben zumindest teilweise mittels eines sepa¬ raten Bauteils auf den Wärmetauscherkern aufgebracht ist.
Andererseits ist es auch möglich, dass der Wärmetauseher- körper einen Wärmetauscherkern aufweist und dass die Viel¬ zahl von Stäben zumindest teilweise einstückig mit dem War- metauscherkern ausgebildet ist. Je nach Auslegung der Stäbe auf einem separaten Bauteil oder einstückig mit dem Wärme¬ tauscherkern können unterschiedliche Vorteile erkannt wer¬ den, beispielsweise einerseits im Hinblick auf die Variabi- lität und andererseits im Hinblick auf die Einfachheit des Gesamtherstellungsverfahrens.
Es kann vorgesehen sein, dass der Wärmetauscherkörper an seiner Außenseite eine Vielzahl von gewellten Rippen auf- weist, die Wärmeübertragerflächen zur Verfügung stellen.
Einerseits ist es in diesem Zusammenhang möglich, dass der Wärmetauscherkörper einen Wärmetauscherkern aufweist und dass die Vielzahl von gewellten Rippen zumindest teilweise mittels eines separaten Bauteils oder als separate Bauteile auf den Wärmetauscherkern aufgebracht ist.
Ebenfalls ist es denkbar, dass der Wärmetauscherkörper ei¬ nen Wärmetauscherkern aufweist und dass die Vielzahl von gewellten Rippen zumindest teilweise einstückig mit dem Wärmetauscherkern ausgebildet ist. Es ist sinnvoll, derar¬ tige Wärmeübertragerflächen nicht über Schraubverbindungen oder ähnliche Verbindungen an den Wärmeübertragerkern zu befestigen, sondern durch Schweißen, Löten, Aufschrumpfen oder Aufpressen von einzelnen oder mehreren aufgeschobenen Flächenteilen oder ganzen Paketen.
Es kann vorgesehen sein, dass der Wärmetauscherkörper aus mehreren Wärmetauscherkörpermodulen aufgebaut ist. Auch hierdurch wird wiederum die Variabilität erhöht, da aus einzelnen Wärmetauscherkörpermodulen unterschiedlich ges- taltete und insbesondere unterschiedlich große Wärmetau¬ scher hergestellt werden können.
Im Hinblick auf die modulare Fertigung ist weiterhin vor- teilhaft, dass die Wärmetauscherkörpermodule zumindest teilweise identisch sind. Es sind dann, insbesondere im Falle des Druckgussverfahrens, keine unterschiedlichen Werkzeuge erforderlich.
Weitere Vorteile ergeben sich im Zusammenhang mit einem Luftheizgerät zur Integration in ein luftführendes Gehäuse, mit einem Wärmetauscher, welcher einen Wärmetauscherkörper aufweist, wobei das Luftheizgerät Strömungsleitelemente aufweist, die bei der Verbrennung in einem zumindest teil- weise im Inneren des Wärmetauschers angeordneten Brennraum entstehende heiße Gase zur Innenseite des Wärmetauschkör¬ pers lenken. Die bei der Verbrennung entstehenden Heißgase können so effizienter an der Innenseite des Wärmetauschers verteilt werden.
In diesem Zusammenhang ist es nützlich, dass die Strömungs¬ leitelemente nach Art eines Schraubengewindes, als Schau¬ feln, mäanderförmige Bauteile, Prallbleche und/oder geloch¬ te Rohre ausgeführt sind. Diese und zahlreiche andere Mög- lichkeiten verbessern insgesamt den Wärmeübergang.
Auch ergeben sich Vorteile im Zusammenhang mit einem Luft¬ heizgerät zur Integration in ein luftführendes Gehäuse, mit einem Wärmetauscher, wobei eine Flanschplatte vorgesehen ist, die mittels Dichtelementen zwischen einer Montagestei¬ le für das Luftheizgerät und der Flanschplatte sowie zwi¬ schen dem Luftheizgerät und der Flanschplatte zumindest ei- ne Abgasabführung gegen den Fahrzeuginnenraum abdichtet. Eine solche Flanschplatte stellt sicher, dass das Abgas auf möglichst kurzem Weg an die Außenluft geführt werden kann, wobei nicht die Gefahr besteht, dass Abgase in den Fahrzeu- ginnenraum gelangen.
In diesem Zusammenhang ist es weiterhin nützlich, dass die Flanschplatte eine BrennluftZuführung gegen den Fahrzeugin¬ nenraum abdichtet. Somit kann sichergestellt werden, dass die Brennluft dem Außenraum des Fahrzeugs entnommen wird.
Weiterhin ist es von Vorteil, dass die Flanschplatte eine Durchführung für eine BrennstoffZuführung aufweist. Somit sind sämtliche Anschlüsse, über die Gase und Flüssigkeiten transportiert werden, im Bereich der Flanschplatte lokali¬ siert, was Vorteile für die Anbindung des Luftheizgerätes an das Gesamtkonzept mit sich bringt.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich ein Luftheizgerät in ökonomischer und im Hinblick auf die Funk¬ tionalität geeigneter Weise in eine Heiz-Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nutzkraftfahrzeugs, ein¬ binden lässt. Dies lässt sich insbesondere auf die erfin¬ dungsgemäß bereitgestellte hohe Variabilität des Wärmetau- schers sowie auf die positiven Eigenschaften des Wärmetau¬ schers im Hinblick auf sein Gewicht zurückführen.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand besonders bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Dabei zeigt: Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines Luftheiz¬ gerätes;
Figur 2 eine perspektivische Darstellung eines Luftheiz¬ gerätes ohne Wärmetauscher;
Figur 3 eine perspektivische Darstellung eines Luftheiz- gerätes ohne Wärmetauscher, zerlegt in Brenner- köpf und Brennereinheit;
Figur 4 eine perspektivische Darstellung eines Wärmetau¬ schers;
Figur 5 eine perspektivische Darstellung einzelner Kompo¬ nenten eines Wärmetauschers;
Figur 6 eine perspektivische Darstellung eines Luftheiz- gerätes mit einer daran angeordneten Gehäusebe- festigung;
Figur 7 eine Schnittansicht eines Wärmetauscherkerns mit ovalem Querschnitt;
Figur 8 eine Schnittansicht eines Wärmetauscherkerns mit flügeiförmigem Querschnitt;
Figur 9 eine Schnittansicht eines Wärmetauscherkerns mit spindelförmigem Querschnitt; Figur 10 einen Wärmetauscher sowie ein separates Bauteil zur Wärmeübertragung in perspektivischer Darstel¬ lung;
Figur 11 einen Wärmetauscher in perspektivischer Darstel¬ lung;
Figur 12 einen Wärmetauscher in perspektivischer Darstel¬ lung;
Figur 13 einen Wärmetauscher in perspektivischer Darstel¬ lung;
Figur 14 mehrere identische Wärmetauscherkörpermodule in perspektivischer Darstellung;
Figur 15 eine aufgeschnittene perspektivische Darstellung eines Wärmetauschers;
Figur 16 eine perspektivische Darstellung eines Brennroh¬ res;
Figur 17 eine perspektivische Darstellung eines Brennroh¬ res;
Figur 18 eine perspektivische Darstellung eines Brennroh¬ res; und
Figur 19 eine perspektivische Darstellung eines Anschluss- bereiches eines Luftheizgerätes mit Flanschplat¬ te. Bei der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen be¬ schreiben gleich Bezugszeichen gleich oder ähnliche Kompo¬ nente.
Figur 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Luft¬ heizgerätes 12. Das Luftheizgerät 12 umfasst einen Wärme¬ tauscher 10, der auf eine Brennereinheit 60 aufgesetzt ist, und einen Brennerkopf 62. Der Brennerkopf 62 enthält einen Gebläsemotor 64 und ein Steuergerät 66, die wesentliche Komponenten einer Brennluftgebläseeinheit 68 bilden. An dem Brennerkopf 62 ist weiterhin ein Stutzen 56 für eine Brenn¬ luftzuführung vorgesehen. An der Brennereinheit 60 sind ei¬ ne Brennstoffzuführung 58 sowie ein Stutzen 54 für eine Ab¬ gasabführung vorgesehen. An der Abgasabführung 54 ist eine Flanschplatte 48 angeordnet, die Durchbrüche für die Durch¬ führung der BrennstoffZuführung 58 und der Brennluftzufüh¬ rung 56 aufweist. Die Funktion der Flanschplatte 48 wird mit Bezug auf Figur 19 näher erläutert. Der auf die Bren¬ nereinheit 60 aufgesetzte Wärmetauscher 10 hat an seiner Außenseite eine Rippenstruktur, um hierdurch die Fläche zur Wärmeübertragung auf die den Wärmeübertrager 10 umströmende Luft zu vergrößern. Das Luftheizgerät 12 wird vorzugsweise so bezüglich dem Luftstrom der zu erwärmenden Luft angeord¬ net, dass die Luft senkrecht zur Achse des Wärmetauschers 10 ein- und ausströmt und den Wärmetauscher 10 dabei um¬ strömt.
Figur 2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Luft¬ heizgerätes 12 ohne Wärmetauscher. In dieser Darstellung sind der Brennerkopf 62 und die Brennereinheit 60 zu erken¬ nen. Die Brennereinheit 60 umfasst ein Brennerrohr 70, in welchem durch Flammbildung Heißgase entstehen, die ihre Wärmeenergie auf den in Figur 2 nicht dargestellten Wärme¬ tauscher 10 übertragen. Um es zu ermöglichen, dass die Heißgase den Wärmetauscher erreichen, ist eine Vielzahl von Löchern 72 in den Mantel des Brennerrohrs 70 eingebracht.
Figur 3 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Luft- heizgerätes 12 ohne Wärmetauscher, zerlegt in Brennerkopf und Brennereinheit. An dieser Darstellung wird deutlich, dass der Brennerkopf 60 über eine Flanschverbindung 74, 76 mit der Brennereinheit 60 verbunden ist. Ferner wird in dieser Darstellung deutlich, dass die Flanschplatte 48 fest mit der Abgasabführung 54 verbunden ist, während für die BrennluftZuführung 56 eine Durchführung in der Flanschplat¬ te vorgesehen ist.
Figur 4 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Wärme¬ tauschers 10. Es ist eine Rippenstruktur zu erkennen, die Wärmeübertragerflächen 22 zur Verfügung stellt.
Figur 5 zeigt eine perspektivische Darstellung einzelner Komponenten eines Wärmetauschers 10. Es ist zu erkennen, dass der Wärmetauscher 10 mehrteilig ausgeführt ist. Er um- fasst einen Wärmetauscherkern 20, Bauteile 24 mit Wärmeü¬ bertragerflächen 22, einen Wärmetauscherboden 16 und einen Wärmetauscherköpf 18. Je nach Auslegung des Brennerkopfes 62 und/oder der Brennereinheit 60 kann der Wärmetauscher¬ kopf 18 entbehrlich sein. Innerhalb des Wärmetauscherkerns 20 ist ein Innenprofil 30 vorgesehen, um hierüber die Wär¬ meübertragung von den im Brennerrohr 70 entstehenden Heiß- gasen auf den Wärmetauscher 10 zu verbessern. Der Wärmetau¬ scherkopf 18 und der Wärmetauscherboden 16 können durch verschiedene Techniken hergestellt werden, beispielsweise durch Tiefziehen, Druckguss oder durch spanende Fertigung. Die einzelnen Teile können dann durch verschiedene Verbin¬ dungstechniken miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Schweißen, Löten, Kleben und/oder Verschrauben. Da innerhalb des Wärmetauschers 10 Verbrennungsgase auftreten, ist es wesentlich, dass eine gasdichte Verbindung zwischen Wärmetauscherkopf 18, Wärmetauscherkern 20 und Wärmetau¬ scherboden 16 vorgesehen ist. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung wird der Wärmetauscherkern mit daran befestig- ten Bauteilen 24 mit Wärmeübertrageflächen 22 auch als Wär¬ metauscherkörper 14 bezeichnet.
Figur 6 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Luft- heizgerätes 12 mit einer daran angeordneten Gehäusebefesti- gung 74. Mittels dieser Gehäusebefestigung 74 kann das Luftheizgerät 12 an einem umgebenden Gehäuse befestigt wer¬ den. Die Gehäusebefestigung 74 ist über den Wärmetauscher¬ kopf 18 und den Wärmetauscherboden 16 an dem Luftheizgerät 12 befestigt.
Figur 7 zeigt eine Schnittansicht eines Wärmetauscherkerns mit ovalem Querschnitt. Der Wärmetauscherkern 20 hat ein Innenprofil 30. Je feiner dieses Innenprofil 30 ausgestal¬ tet ist, umso größer ist die Oberfläche, die für eine Wär- meübertragung von den Heißgasen auf den Wärmetauscher 10 zur Verfügung steht. Ein Wärmetauscherkern 20, wie er vor¬ liegend dargestellt ist, kann beispielsweise durch ein Strangpressverfahren hergestellt werden. Hierdurch können geringe Wandstärken sichergestellt werden, um einerseits ein geringes Gewicht und andererseits eine große Oberfläche für den Wärmeübergang zu gewährleisten. In dem Wärme¬ tauscherkern 20 sind Befestigungsmittel, beispielsweise Öffnungen 76, zur Befestigung der weiteren Komponenten an¬ geordnet. Die ovale Querschnittsgeometrie 32 des Wärmetau¬ schers 20 kann die Strömungsverhältnisse für die den Wärme¬ tauscher 20 umströmende zu erwärmende Luft verbessern. Da der Wärmetauscherboden 16 ein von dem Wärmetauscherkern 20 separat gefertigtes Bauteil ist, ist die Fertigung des Wär¬ metauscherkerns 20 vereinfacht.
Figur 8 zeigt eine Schnittansicht eines Wärmetauscherkerns mit flügeiförmigem Querschnitt. Figur 9 zeigt eine Schnitt¬ ansicht eines Wärmetauscherkerns mit spindelförmigem Quer¬ schnitt. Die hier dargestellten Querschnittsgeometrien, nämlich die flügeiförmige Querschnittsgeometrie 34 und die spindelförmige Querschnittsgeometrie 30 sind als weitere Beispiele für eine die Umströmung des Wärmetauschers 20 be¬ günstigende Geometrie zur verstehen.
Figur 10 zeigt einen Wärmetauscher 10 sowie ein separates Bauteil 24 zur Wärmeübertragung in perspektivischer Dar- Stellung. Das dargestellte Bauteil 24 ist vom Wärme¬ tauscherkern 20 separat gefertigt. Die bereits auf den Wär¬ metauscherkern 20 aufgesetzten Bauteile 24 sind dort durch Aufschrumpfen oder Aufpressen von einzelnen oder mehreren aufgeschobenen Bauteilen 24 oder ganzen Paketen befestigt.
Figur 11 zeigt einen Wärmetauscher in perspektivischer Dar¬ stellung. Der hier dargestellte Wärmetauscher 10 hat eine extrem große Oberfläche zur Übertragung von Wärme auf die ihn umströmende Luft. Dies ist dadurch realisiert, dass die Wärmeübertragerfläche 22 durch eine Vielzahl von Stäben 26 zur Verfügung gestellt wird. Figur 12 zeigt einen Wärmetauscher in perspektivischer Dar¬ stellung. Auch hier steht eine extrem große Wärmeübertrag¬ eroberfläche zur Verfügung, da auch hier Stäbe 26 in großer Anzahl zur Bereitstellung dieser Wärmeübertragerfläche 22 vorgesehen sind. Auf der Innenseite des Wärmetauschers ist wiederum ein Innenprofil 30 zu erkennen. In der vorliegen¬ den Ausführungsform setzt dieses Innenprofil teilweise die außenliegenden Stäbe 26 beziehungsweise Stabreihen fort. Die Stäbe 26 sowohl der Ausführungsform gemäß Figur 12 als auch der Ausführungsform gemäße Figur 11 können entweder durch ein separat erstelltes Bauteil außen auf der Wärme¬ tauscheroberfläche angebracht werden oder durch die Nachbe¬ arbeitung eines Strangpressprofils durch umformende oder spanende Verfahren realisiert werden.
Figur 13 zeigt einen Wärmetauscher 10 in perspektivischer Darstellung. Die hier dargestellten Bauteile 28, die die Wärmeübertragerflächen 22 des Wärmetauschers 10 zur Verfü¬ gung stellen, sind gewellte Rippen, die einen Wärmeübergang begünstigen.
Figur 14 zeigt mehrere identische Wärmetauscherkörpermodule 38 in perspektivischer Darstellung. Die hier dargestellte Ausführungsform ist besonders interessant, wenn der Wärme- tauscher nicht, wie oben erwähnt, im Strangpressverfahren hergestellt werden soll, sondern, wie gehabt, durch ein Druckgussverfahren. Druckgussverfahren haben den Nachteil, dass große Wandstärken aufgrund von Entformungsschrägen auftreten können. In dem vorliegenden Beispiel sind mehrere Wärmetauscherkörpermodule 38 vorgesehen, wobei jedes ein¬ zelne Wärmetauscherkörpermodul 38 eine nur kleine axiale Länge aufweist. Folglich kann Wandstärke aufgrund kurzer Entformungsschrägen eingespart werden.
Figur 15 zeigt eine aufgeschnittene perspektivische Dar- Stellung eines Wärmetauschers 10. Anhand dieser Darstellung kann ein weiteres Verfahren erläutert werden, mit dem Ent¬ formungsschrägen kurz gehalten werden können. Indem nämlich der als Druckgussteil gefertigte Wärmetauscher 10 mit zwei Kernen gefertigt wird, die in zwei entgegengesetzten Ent- formungsrichtungen 40, 42 entnommen werden, kann die Wand¬ stärke ebenfalls gering gehalten werden.
Die Figuren 16, 17, 18 zeigen eine perspektivische Darstel¬ lung von Brennrohren 70. Figur 17 zeigt eine perspektivi- sehe Darstellung eines Brennrohres. Figur 18 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Brennrohres. Um die bei der Verbrennung entstehenden Heißgase für eine gute und gleichmäßige Wärmeabgabe an die Innenseite des Wärmetau¬ schers möglichst effizient verteilen zu können, ist es sinnvoll, das Heißgas mittels Strömungsleitteilen innerhalb des Wärmetauschers 10 an die Innenverrippung 30 beziehungs¬ weise dessen Innenwand zu lenken. In Figur 17 ist ein schraubenförmiges Strömungsleitteil 44 dargestellt. Ebenso können die Strömungsleitteil ein Form von Schaufeln, mäan- derförmigen Geometrien, Prallblechen und gelochten Rohren realisiert sein, wobei ein solches gelochtes Rohr mit meh¬ reren Löchern 46 zusätzlich zu dem Lochprofil, das durch die Löcher 72 gebildet, in Figur 18 dargestellt ist.
Figur 19 zeigt eine perspektivische Darstellung eines An¬ schlussbereiches eines Luftheizgerätes mit Flanschplatte 48. Die Flanschplatte 48 dient der Montage des Luftheizge- rätes 10 an der Fahrzeugkarosserie beziehungsweise einem Gehäuse oder einer sonstigen an dem Fahrzeug befestigten Komponente. Um sicherzustellen, dass die Abgase und die Brennluft dem Außenraum zugeführt beziehungsweise diesem entnommen werden, ist die Flanschplatte 48 gegen das Luft¬ heizgerät 12 und gegen die Montagestelle, das heißt bei¬ spielsweise die Fahrzeugkarosserie, abgedichtet. Die Ab¬ dichtungen können beispielsweise durch Dichtungsringe rea¬ lisiert werden.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Bezugszeichenliste:
10 Wärmetauscher 12 Luftheizgerät
14 Wärmetauscherkörper
16 Wärmetauscherboden
18 Wärmetauscherköpf
20 Wärmetauscherkern 22 Wärmeübertragerfläche
24 Bauteile mit Wärmeübertragerflächen (scheibenförmig)
26 Bauteile mit Wärmeübertragerflächen (Stäbe)
28 Bauteile mit Wärmeübertragerflächen (gewellte Rippen)
30 Innenprofil 32 ovale Querschnittsgeometrie
34 flügelfδrmige Querschnittsgeometrie
36 spindelförmige Querschnittsgeometrie
38 Wärmetauscherkörpermodul
40 Entformungsrichtung 42 Entformungsrichtung
44 Schraubengewinde
46 Loch in gelochtem Rohr
48 Flanschplatte
54 Abgasführung 56 Brennluftzuführung
58 BrennstoffZuführung
60 Brennereinheit
62 Brennerköpf

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers (10) für ein Luftheizgerät (12) zur Integration in ein Luft führen- des Gehäuse, welcher einen eine Längsachse aufweisenden
Wärmetauscherkörper (14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscherkörper (14) zumindest teilweise in einem zwei Kerne verwendenden Druckgussverfahren herge¬ stellt wird, wobei die Kerne in entgegengesetzten sich ent- lang der Längsachse erstreckenden Entformungsrichtungen (40, 42) entnommen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscherkern (20) ein Innenprofil (30) auf- weist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenprofil sich in Längsrichtung erstreckende Rippen umfasst.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscherkörper (14) , ein Wärmetauscherboden (16) und ein Wärmetauscherkopf sepa¬ rat gefertigt werden.
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