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Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers.
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Es ist bekannt, Wärmetauscher aus einem Stapel von Flachrohren aufzubauen, wobei jedes der Flachrohre endseitig in einen Durchzug eines Bodens eines Sammlerkastens mündet. Dabei sind die Durchzüge als Durchbrechungen in einem als Blechformteil ausgebildeten Boden eingebracht.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Wärmetauscher anzugeben, dessen genaue Bauform auf einfache Weise veränderbar ist.
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Diese Aufgabe wird für einen eingangs genannten Wärmetauscher erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Ausbildung des Bodens als Aneinanderreihung mehrerer Bodenstücke wird ein modularer Aufbau des Bodens ermöglicht, so dass einer Bevorratung von universell nutzbaren Bauteilen Vorschub geleistet wird, wobei insbesondere die einzelnen Bauteile mittels kostengünstigen und einfachen Werkzeugen herstellbar sind. Insbesondere kann auf einfache Weise die Anzahl der Flachrohre bzw. Breite des Wärmetauschers in der Stapelrichtung je nach Anforderungen variiert werden, so dass ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher insbesondere für Kleinserien und mittelgroße Serien Kostenvorteile bietet.
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Allgemein ist es im Sinne der Erfindung nicht notwendig, dass in jedem der Bodenstücke ein Durchzug ausgebildet ist. Einige Bodenstücke können ohne Durchzug ausgeformt sein. Es ist auch der Fall möglich, dass mehrere Durchzüge in dem gleichen Bodenstück ausgebildet sind. Insbesondere ist der Fall möglich, dass in jedem der Bodenstücke genau ein Durchzug ausgebildet ist. Falls mehrere Durchzüge in dem gleichen Bodenstück ausgebildet sind, so können Sie je nach Anforderungen in Stapelrichtung nebeneinander und/oder in einer Durchströmungsrichtung des Tauschernetzes hintereinander (mehrreihiger Wärmetauscher) angeordnet sein.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Bodenstücke stoffschlüssig miteinander verbunden, in bevorzugter Detailgestaltung mittels Verlötung in einem Lötofen. Alternativ kann auch eine Verschweißung der Bodenstücke miteinander vorgesehen sein. Allgemein vorteilhaft bestehen die Bodenstücke aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, wobei sie insbesondere ein- oder zweiseitig mit Lot plattiert sein können. Es kann auch eine nur lokale Lotbeschichtung im Bereich einer stoffschlüssigen Verbindung vorgesehen sein. Die Bodenstücke können aber auch aus einem anderen Material, zum Beispiel rostfreiem Stahl, bestehen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Kasten des Sammlers mittels Verschweißung an dem Boden festgelegt. Bei einem erfindungsgemäßen Boden, der modular aus Bodenstücken aufgebaut ist, ist die Verschweißung eines Sammlers eine einfache und effektive Methode zur Vervollständigung eines Sammlerkastens. Bei einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann der Sammler aber auch gemeinsam mit dem Boden und den Flachrohren im Zuge einer Verlötung stoffschlüssig festgelegt werden.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind an zumindest einigen der Bodenstücke formschlüssige Mittel vorgesehen, wobei durch die formschlüssigen Mittel eine Ausrichtung der Bodenstücke senkrecht zu der Stapelrichtung erfolgt. Hierdurch wird die genaue Positionierung der einzelnen Bodenstücke zueinander durch Ausformungen an den Bodenstücken selbst unterstützt, so dass der Aufwand bei der Ausrichtung der Bodenstücke im Zuge einer mechanischen Vormontage (Kassettierung) verringert wird.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung haben die Bodenstücke einen Überlappungsbereich zur flächigen Verlötung mit einem benachbarten Bodenstück. In bevorzugter, aber nicht notwendiger Detailgestaltung erstreckt sich der Überlappungsbereich im Wesentlichen parallel zu einer Ebene des Bodens. Hierdurch wird eine besonders sichere Festlegung der Bodenstücke ermöglicht, wobei die Menge des sich überlappenden Materials gering gehalten werden kann. Insbesondere ist dabei der Boden in der Stapelrichtung der Bodenstücke besonders sicher verbunden, so dass eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen thermisch bedingte Verspannungen, insbesondere in Stapelrichtung, während des Betriebs des Wärmetauschers erzielt wird.
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Allgemein vorteilhaft können die Bodenstücke einen aufgestellten Randhaben, der parallel zu einer Längsseite des Bodens verläuft. Durch Aneinanderreihung der Bodenstücke wird dabei insgesamt ein aufgestellter Längsrand des Bodens gebildet, durch den zum Beispiel eine Festlegung eines Sammlerkastens erleichtert und eine mechanische Stabilisierung und Versteifung des Bodens erzielt wird. In bevorzugter Detailgestaltung kann im Bereich des Randes eines Bodenstücks auch eine Anschlagfläche zur positionierten Anlage eines benachbarten Bodenstücks vorgesehen sein. Durch maßgenaue Herstellung der Anschlagsflächen wird so eine maß- und positionsgenaue Kassettierung der Bodenstücke besonders einfach ermöglicht.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind einige der Bodenstücke als nicht mit einem Durchzug versehene Zwischenstücke ausgebildet, wodurch eine weitere Unterteilung der Bauteile des Bodens in jeweils preisgünstig herzustellende Module gegeben ist. In bevorzugter Detailgestaltung sind die Zwischenstücke zum Beispiel extrudierte Formteile, welche besonders bevorzugt mit einer Nut zur Aufnahme eines Randes eines benachbarten Bodenstücks versehen sind. Hierdurch kann eine besonders sichere und einfache Kassettierung und Verlötung erfolgen, indem die extrudierten und mit Nuten versehenen Zwischenstücke im Wechsel mit Bodenstücken eingesetzt werden, die Durchzüge aufweisen und insbesondere als Blechformteile ausgebildet sein können.
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Ganz allgemein kann ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher einen einreihigen oder auch mehrreihigen Boden aufweisen. Ein mehrreihiger Boden kann zum Beispiel dadurch gebildet sein, dass in zur Stapelrichtung senkrechter Richtung zwei Durchzüge nacheinander in dem gleichen Bodenstück vorgesehen sind. Alternativ können aber auch senkrecht zu der Stapelrichtung zwei Bodenstücke hintereinander vorgesehen sein, um einen mehrreihigen Boden auszubilden.
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Die Aufgabe der Erfindung wird für ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Dabei werden zunächst der Boden aus den Bodenstücken als auch der sogenannte Block aus Flachrohren und gegebenenfalls zwischen den Flachrohren angeordneten Rippen separat kassettiert. Nach solcher Vorkassettierung dieser beiden Bauteilgruppen, die durch geeignete Halteklammern unterstützt sein kann, werden die beiden Bauteilgruppen zusammengefügt, wobei die Enden der Flachrohre in die Durchzüge des vormontierten Bodens eingesetzt werden. Nach der so erfolgten Kassettierung von Boden und Block erfolgt die gemeinsame Verlötung dieser Bauteilgruppen in einem Lötofen.
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Bei einer bevorzugten Detailgestaltung kann zudem der Schritt vorgesehen sein, dass ein Sammlerkasten an die verlötete Einheit aus Boden und Block angeschweißt wird. In alternativer Ausgestaltung kann anstelle des Anschweißens des Sammlerkastens, das zweckmäßig nach dem Lötvorgang erfolgt, auch eine gemeinsame Verlötung des Sammlerkastens mit Boden und Block vorgesehen sein. Hierzu wird der Sammlerkasten vor dem gemeinsamen Verlöten ebenfalls mechanisch mit Boden und Block vormontiert.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
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Nachfolgend werden mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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1 zeigt eine räumliche Teilansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers.
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2 zeigt eine räumliche Ansicht eines Bodens des Wärmetauschers aus 1.
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3 zeigt eine schematische Draufsicht auf den Boden eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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4 zeigt eine räumliche Teilansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers.
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5 zeigt eine räumliche Teilansicht eines Bodens des Wärmetauschers aus 4.
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6 zeigt eine räumliche Teilansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers.
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7 zeigt eine räumliche Ansicht des Bodens des Wärmetauschers aus 6.
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Ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher umfasst eine Mehrzahl von Flachrohren 1, die in einer Stapelrichtung bzw. Tiefenrichtung T parallel zueinander gestapelt sind. Zwischen den Flachrohren sind Rippen (nicht dargestellt) angeordnet, zum Beispiel Wellrippen oder Stegrippen. Die Enden der Flachrohre 1 münden jeweils in Durchzüge 2 eines Bodens 3 eines Sammlers des Wärmetauschers. Der Sammler des Wärmetauschers ist mittels eines Sammlerkastens 8 zu einem geschlossenen Raum komplettiert, durch den ein flüssiges und/oder gasförmiges Fluid, z. B. Kühlmittel, Kältemittel oder Luft, strömt und auf die einzelnen Flachrohre 1 verteilt wird.
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Im vorliegenden Beispiel wird der Sammlerkasten 8 mit dem Boden 3 über Verschweißung eines Randbereichs 5 fluiddicht stoffschlüssig verbunden. Der Boden 3 mit den Flachrohren 1 und den dazwischen angeordneten Rippen wird nach mechanischer Vormontage („Kassettierung”) in einem Lötofen stoffschlüssig verlötet. Vorliegend bestehen sämtliche der Bauteile aus einer Aluminiumlegierung, wobei die Flachrohre 1 und der Boden 3 Lotplattierungen zur Verlötung in dem Ofen aufweisen.
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Der Boden 3 umfasst eine Mehrzahl von Bodenstücken 4, die in der Stapelrichtung T hintereinander angeordnet und aneinander stoffschlüssig festgelegt sind. In jedem der Bodenstücke 4 ist einer der Durchzüge 2 zur Aufnahme eines Endes eines Flachrohres 1 ausgebildet. Die Bodenstücke 4 bestehen aus umgeformten, Iotplattierten Blechen. Die Durchzüge 2 werden durch eine in mehreren Schritten vorgenommene Stanzung in die Bodenstücke 4 eingebracht. Zudem umfassen die Bodenstücke 4 im Ausführungsbeispiel nach 2 jeweils einen Überlappungsbereich 5 nach Art einer Abstufung, die sich quer zu der Tiefenrichtung T an einer der beiden Längskanten eines Bodenstücks 4 erstreckt. Durch die Abstufung 5 findet eine flächige Überlappung mit dem angrenzenden Bodenstück 4 statt, so dass eine flächige und besonders sichere Verlötung der aneinander angrenzenden Bodenstücke in dem Überlappungsbereich 5 sichergestellt ist. Die verlötete Fläche des Überlappungsbereichs 5 verläuft aufgrund der stufigen Ausbildung des Überlappungsbereichs 5 parallel zu der Ebene, in der sich der im Wesentlichen flächige Boden 3 erstreckt. Im Beispiel nach 1 und 2 haben die aneinander gereihten Bodenstücke 4 keinen aufgestellten Rand, so dass eine untere, parallel zu der Tiefenrichtung T verlaufende Kante 8a des Sammlerkastens 8 unmittelbar auf der Ebene des Bodens 3 aufliegt.
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3 zeigt einen Boden eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem die Bodenstücke 4 an einer Seite einen Überlappungsbereich 5 in Form von mehreren vorstehenden Zungen 6 aufweisen, wobei randseitige Zungen 6 unmittelbar an einem aufgestellten Rand 7 des nachfolgenden Bodenstücks 4 anliegen. Auf diese Weise ist eine formschlüssige Positionierung der Bodenstücke 4 in einer zu der Stapelrichtung T senkrechten Richtung sichergestellt. Die Zungen 6 können in alternativer Gestaltung auch als einzelner, bis zum Rand 7 durchgehender Streifen ausgebildet sein.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach 4 liegt ähnlich wie in dem Beispiel nach 3 ein aufgestellter Rand 7 vor, wobei die Überlappungsbereiche 5 ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel als durchgehende Abstufungen ausgeformt sind. Der aufgebogene und an seinem Ende etwa senkrecht auf der Ebene des Bodens 3 stehende Rand 7 dient zudem einer verbesserten Festlegung des Sammlerkastens 8 (siehe 4). Der Sammlerkasten 8 liegt von außen, in alternativer Ausgestaltung auch von innen, flächig auf dem aufgestellten Rand 7 auf. Die stoffschlüssige Festlegung des Kastens 8 kann durch Verschweißung entlang des Randes 7 oder auch durch Verlötung erfolgen.
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Im Ausführungsbeispiel nach 5 sind zudem die in der Stapelrichtung T stirnseitigen Flächen des aufgestellten Randes 7 eines jeweiligen Bodenstücks 4 als Anschlagflächen 9 ausgebildet, so dass die Bodenstücke 4 durch gegenseitiges Anliegen an den Anschlagflächen 9 genau positioniert sind. Eine entsprechende Maßtoleranz bezüglich der Anschlagflächen 9 ist bei der Fertigung einzuhalten.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach 6 ist zwischen jeweils zwei mit einem Durchzug versehenen Bodenstücken 4 ein anders geformtes Bodenstück 10 nach Art eines Zwischenstücks eingesetzt. Während die Bodenstücke 4 Blechformteile ähnlich wie in den vorhergehenden Beispielen sind, sind die Zwischenstücke 10 als extrudierte Formkörper ausgebildet, die an ihren Enden gleichförmig mit den Bodenstücken 4 zu einem jeweiligen Abschnitt des Randes 7 aufgebogen sind. Die Querschnittsform der extrudierten Zwischenstücke 10 ist im Wesentlichen H-förmig, wobei jeweils eine der beiden Nuten des „H” in der Stapelrichtung T zu einem angrenzenden Bodenstück 4 zeigt. Die Bodenstücke 4 haben im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach 5 keine abgestuften Überlappungsbereiche, sondern einfache ebene und an den Endbereichen 7 hochgebogene Ränder, wobei die Ränder in die Nuten der Zwischenstücke 10 hineinragen und flächig in den Nuten mit den Zwischenstücken 10 verlötet sind.
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Bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen sind die Böden 3 jeweils vollständig aus den gezeigten Bodenstücken aufgebaut, wobei der Sammlerkasten 8 ohne weitere Bauteile unmittelbar an dem Boden 3 festlegbar ist. Je nach Ausformung des Sammlerkastens kann es auch vorgesehen sein, dass der Boden an seinen in Stapelrichtung T befindlichen Enden besonders geformte Bodenstücke bzw. Endstücke (nicht dargestellt) aufweist, mittels derer eine optimierte Anbindung an die stirnseitigen Abschlusswände eines Sammlerkastens 8 erzielt wird.
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Bezüglich seiner Verwendung und weiteren Ausgestaltung kann ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher je nach Anforderungen ausgeformt sein. Insbesondere kann es sich um einen Kühlmittelkühler, einen Ladeluftkühler oder einen Verdampfer und/oder Kondensator/Gaskühler einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs handeln. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich um einen Personenkraftwagen oder ein Nutzfahrzeug handeln, insbesondere um ein Fahrzeug, das in kleinen und mittelgroßen Serien gefertigt wird, wie zum Beispiel ein landwirtschaftliches Nutzfahrzeug.
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Es versteht sich, dass die jeweiligen Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele je nach Anforderungen sinnvoll miteinander kombiniert werden können.