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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere zur Kühlung und/oder zur Erwärmung von Aggregaten und/oder Bauteilen in Kraftfahrzeugen und/oder insbesondere zur Temperierung von Akkumulatorsystemen in Elektro- und/oder Hybridfahrzeugen, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Stand der Technik
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In vielen technischen Bereichen werden Wärmeübertrager für die Kühlung und/oder die Erwärmung von Aggregaten und/oder Bauteilen allgemein eingesetzt. Insbesondere im Bereich der Automobilindustrie werden Wärmeübertrager eingesetzt, wenn thermische Energie, beispielsweise im Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, anfällt und abgeführt werden muss. Die thermische Energie kann mittels eines Wärmeübertragers aus dem Bereich des Verbrennungsmotors abgeführt werden und zur Klimatisierung, insbesondere zur Heizung, eines Fahrgastinnenraumes des Kraftfahrzeuges, verwendet werden.
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Die
DE 101 12 697 A1 betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Rippenrohrblock und jeweils endseitig der Rohre diesen zugeordneten, aus Segmenten bestehenden Sammelräumen. Benachbart angeordnete Segmente weisen ineinander steckbare Anschlussbereiche auf, die kegelstumpfartig ausgebildet sind.
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Die
DE 10 2011 079 091 A1 offenbart einen Sammler für ein Kühlfluid mit einem Boden. Der Boden weist eine Schnittstelle zum Verbinden einer Kammer des Sammlers mit zumindest einem Kühlrohr auf. Der Boden weist ferner eine Öffnung auf, die sich zumindest über einen Teilbereich der Kammer erstreckt, wobei ein Deckel ausgebildet ist, die Öffnung des Bodens fluiddicht zu verschließen, wobei der Deckel als Draht oder Extrusionsprofil ausgebildet ist. Der Sammler kann in einem Wärmeübertrager eingesetzt werden, bei dem ein Kühlfluid durch einen ersten Anschluss in den Sammler eingeführt wird, von dem Sammler durch das mindestens eine Kühlrohr zu einem Umlenksammler geführt wird, von dem Umlenksammler durch mindestens ein zweites Kühlrohr zu dem Sammler zurückgeführt wird und durch einen zweiten Anschluss aus dem Sammler wieder herausgeführt wird.
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Die
US 2001/0004010 A1 betrifft einen Wärmeübertrager mit zwei Sammelrohren. Die Sammelrohre sind zweiteilig aufgebaut und werden mit einer Klammer zusammengehalten. Die Klammer weist ein halbkreisförmiges Teilelement auf, welches das Sammelrohr umfasst. Mittels eines zweiten Teilelements kann der Wärmetauscher an einem Holm eines Kraftfahrzeugs befestigt werden. Das erste Teilelement weist Vorsprünge auf, die mit Ausnehmungen am Sammelrohr in Eingriff treten und die Klammer in ihrer Position an dem Sammlerohr fixieren.
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Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Wärmeübertrager mit einem verbesserten Sammelrohr zu schaffen.
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Dies wird mit einem Wärmeübertrager mit den Merkmalen von Anspruch 1 erreicht.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist ein Wärmeübertrager, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, ein Rohr/Rippen-Paket mit Rohren auf, durch die ein Kühlmittel strömbar ist, weiterhin mit mindestens einem Sammelrohr, in das das Kühlmittel aus den Rohren einströmt. Das mindestens eine Sammelrohr weist ein Sammlerrohroberteil und ein Sammlerrohrunterteil auf, wobei an dem Sammelrohroberteil und dem Sammelrohrunterteil nach außen ragende Vorsprünge ausgebildet sind, die eine Durchzugsgeometrie zur Aufnahme der Rohre des Rohr/Rippenpaket ausbilden.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Sammelrohroberteil und das Sammelrohrunterteil jeweils eine Reihe von nach außen ragenden Vorsprüngen aufweisen, die jeweils eine Seite der Durchzugsgeometrie von Öffnungen zur Aufnahme der Rohre ausbilden. Dadurch werden die Öffnung und insbesondere die Durchzugsgeometrie durch Vorsprünge von Sammelrohroberteil und Sammelrohrunterteil gemeinsam gebildet.
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Bevorzugt sind das Sammelrohroberteil und das Sammelrohrunterteil aus zwei rundgebogenen Platinenzuschnitten hergestellt. An den Platinenzuschnitten sind die nach außen ragenden Vorsprünge angeordnet. Die nach außen ragenden Vorsprünge sind hierbei bevorzugt entlang der Längserstreckungsrichtung des Sammelrohres angeordnet, besonders bevorzugt entlang der kompletten Längserstreckung des Sammelrohres. Zwischen den nach außen ragenden Vorsprüngen sind Wandanschnitte des Sammelrohroberteils für das Sammelrohroberteil und Wandabschnitte des Sammelrohrunterteils für das Sammelrohrunterteil angeordnet. Die nach außen ragenden Vorsprünge sind dabei quasi ein hochgebogener Wandabschnitt des Sammelrohroberteils für das Sammelrohroberteil und ein hochgebogener Wandabschnitt des Sammelrohrunterteils für das Sammelrohrunterteil. Die nach außen ragenden Vorsprünge bilden Flächenelemente aus. Die nach außen ragenden Vorsprünge bilden hierbei einen im Wesentlichen waagrecht verlaufenden Vorsprungsabschnitt aus. Die nach außen ragenden Vorsprünge zeigen von der Sammelrohrwand weg. Die nach außen ragenden Vorsprünge sind hierbei bevorzugt im Wesentlichen radial nach außen ragende Vorsprünge. Das Sammelrohroberteil und das Sammelrohrunterteil können bereichsweise überlappen. Das Material des Sammelrohroberteils und des Sammelrohrunterteils kann Aluminium, ein Kunststoff, eine Messingverbindung oder ein anderes geeignetes Material sein. Hierbei kann das Sammelrohroberteil aus demselben Material hergestellt sein, wie das Sammelrohrunterteil. Das Sammelrohroberteil und das Sammelrohrunterteil können auch aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein. Das Sammelrohrunterteil und das Sammelrohroberteil sind durch eine an sich bekannte Fügetechnik nicht lösbar verbunden, beispielsweise durch einen Lötprozess oder durch Kleben. Durch die geometrische Ausgestaltung des Sammelrohres in das Sammelrohrunterteil und das Sammelrohroberteil kann ein prozesssicherer Fügeprozess auch bei inhomogenen Materialien sichergestellt sein. Das Sammelrohr ist einfach und sicher montierbar, indem das Sammelrohroberteil und das Sammelrohrunterteil ineinander geschoben werden. Bevorzugt werden das Sammelrohroberteil und das Sammelrohrunterteil gleichzeitig gegeneinander verdreht. Alternativ können das Sammelrohroberteil und das Sammelrohrunterteil auch erst ineinander geschoben werden und danach gegeneinander verdreht werden. Durch das Eingreifen der nach außen ragenden Vorsprünge ineinander und das Zusammenwirken der Vorsprünge und der Zwischenräume, kann vor dem eigentlichen Fügeprozess eine ortsfeste Verbindung hergestellt werden. Die Montage erfolgt in einem Prozessschritt, es muss kein zusätzlicher Positionierungsschritt vorgesehen werden.
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In einer Ausgestaltung des Wärmeübertrager sind die nach außen ragenden Vorsprünge durch, Wandabschnitte des Sammelrohroberteils und/oder des Sammelrohrunterteils aufweisende, Zwischenräume voneinander getrennt.
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Somit können die nach außen ragenden Vorsprünge einen durch die Zwischenräume definierten reproduzierbaren Abstand aufweisen. Der Abstand der Vorsprünge kann hierbei dem Abstand der Rohre des Rohr/Rippen-Pakets entsprechen.
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Bevorzugt sind die Abmessungen der Zwischenräume in Längserstreckung des Sammelrohres gesehen kleiner als die Abmessungen der Vorsprünge.
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Die Rohre können bevorzugt Flachrohre sein. Alternativ können die Rohre auch eine kreisrunde oder ovale Querschnittsform aufweisen. Es ist aber auch jede andere Querschnitts-Geometrie möglich, wobei die Rohre im Querschnitt gesehen, einen durch eine polygone Linie begrenzten Umfang aufweisen.
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Bevorzugt weist das mindestens eine Sammelrohr Trennwände auf, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Längserstreckungsrichtung des mindestens einen Sammlerohres angeordnet sind.
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Hierbei können die Trennwände in schlitzartigen Ausnehmungen oder Aussparungen in der Sammelrohrwand eingesteckt sein. Die schlitzartigen Ausnehmungen sind bevorzugt am Umfang des Sammelrohres als Schlitze angeordnet und verlaufen in der Sammelrohrwand im Bereich der Zwischenräume.
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Hierbei können Stanzschlitze in dem Sammelrohroberteil durch ein Wandelement des Sammelrohrunterteils abgedeckt sein und Stanzschlitze in dem Sammelrohrunterteil durch ein Wandelement des Sammelrohroberteils abgedeckt sein. Auf diese Weise kann der Wärmeübertrager durch endständige Trennwände fluiddicht sein. Insbesondere kann auch der Kühlmittelstrom durch die Trennwände gelenkt werden. Somit können unterschiedliche Strömungs- und Verteilungsformen realisiert werden.
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Die Aufgabe wird ebenfalls mit einem Montageverfahren für einen Wärmeübertrager mit einem Rohr/Rippen-Paket und mindestens einem Sammelrohr gelöst, wobei die Montage folgende Schritte aufweist:
- – Anordnen eines Sammelrohroberteils und eines Sammelrohrunterteils, wobei das Sammelrohroberteil zum Sammelrohrunterteil um eine Erstreckungsachse des Sammelrohres angeordnet sind,
- – Ineinanderschieben und bevorzugt gleichzeitiges radiales Verdrehen des Sammelrohroberteils und des Sammelrohrunterteils, und zwar solange bis eine Durchzugsgeometrie entstanden ist,
- – Fixieren einer Endposition des Sammelrohrunterteils und des Sammelrohrunterteils.
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Das Fixieren des Sammelrohroberteils und des Sammelrohroberteils erfolgt bevorzugt derart, dass die nach außen ragenden Vorsprünge der Durchzugsgeometrie des Sammelrohroberteils und des Sammelrohrunterteils derart beabstandet sind, dass der Abstand dem Durchmesser von Rohren des Rohr/Rippen-Pakets entspricht.
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In einer Ausgestaltung des Montageverfahren kann das Fixieren mittels Kleben oder Löten erfolgen.
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Hierdurch ist eine einfache und sichere Montage des Wärmeübertragers, insbesondere des Sammelrohres ermöglicht. Es ist bevorzugt keine zusätzliche und separate Positionierung des Sammelrohroberteils und des Sammelrohrunterteils vor dem anschließenden Fügeprozess notwendig. Beim Klebe-Fügeprozess kann die Aushärtung der Klebstoffmasse bei einer Baugruppe mit ausreichender mechanischer Grundstabilität erfolgen, wobei die Baugruppe bevorzugt durch das Sammelrohroberteil und das Sammelrohrunterteil gebildet wird. Beim Löt-Fügeprozess kann das Löten und das Erkalten des Lots mit ausreichender Grundstabilität der Baugruppe erfolgen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachfolgende Figurenbeschreibung und durch die Unteransprüche beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Figuren der Zeichnung
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Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage zumindest eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Sammelrohroberteil und ein Sammelrohrunterteil in schematischer perspektivischer Darstellung,
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2 ein Sammelrohrunterteil mit eingesetzten Trennwänden in perspektivischer Darstellung,
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3 eine perspektivische Darstellung des Vorgangs: Einschieben des Sammelrohrunterteils in das Sammelrohroberteil,
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4 eine perspektivische Darstellung des ineinander geschobenen Sammelrohrunterteils in das Sammelrohroberteil und des relativ zu dem Sammelrohroberteil verdrehten Sammelrohrunterteils,
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5 eine perspektivische Darstellung des Sammelrohres mit montierten Flachrohren,
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6 ein Ausschnitt des Sammelrohrs mit verdeckten Stanzschlitzen in schematischer Darstellung.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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1 zeigt ein Sammelrohrunterteil 10 und ein Sammelrohroberteil 12 sowie Trennwände 14. Das Sammelrohrunterteil 10 und das Sammelrohroberteil 12 bilden im zusammenmontierten Zustand ein Sammelrohr 16 eines nicht dargestellten Wärmeübertragers, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. In das Sammelrohrunterteil 10 sind die Trennwände 14 einsetzbar, um eine Fluidführung und Strömungswege in dem Sammelrohr 16 zu ermöglichen.
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Das Sammelrohrunterteil 10 und das Sammelrohroberteil 12 weisen nach außen ragende Vorsprünge 18 auf. Zwischen den nach außen ragenden Vorsprüngen 18 sind jeweils Wandabschnitte 20 angeordnet, die einen Zwischenraum 22 zwischen benachbart angeordneten nach außen ragenden Vorsprüngen 18 ausbilden. Die nach außen ragenden Vorsprünge 18 weisen rechteckige Flächenelemente 24 auf. Die nach außen ragenden Vorsprünge 18 sind in einem Winkel von einer Wand 26 oder Wand 27 weggebogen. Bevorzugt nehmen die Flächenelemente 24 mit der Wand 26 oder der Wand 27 einen Winkel von ungefähr 90° ein. Der Winkel kann bevorzugt zwischen 60° und 110° liegen. Das Flächenelement 24 kann hierbei planar ausgebildet sein, es kann aber auch eine gebogene Form oder abgeknickte Form aufweisen. Mit nach außen ragend ist gemeint, dass die Vorsprünge 18 mit ihrem Flächenelement 24 nicht in einer Verlängerung zur Wand 26 oder 27 angeordnet sind, sondern nach außen ragen, also von der Wand 26 oder Wand 27 weg. Die nach außen ragenden Vorsprünge 18 sind bevorzugt radial nach außen ragende Vorsprünge 18. Nach außen ragende Vorsprünge 18 bilden, gegenüberliegend angeordnet, jeweils einen Durchzug aus. Der Durchzug ist somit ein nach außen ragender Durchzug. Die Anordnung der Durchzüge entlang einer Erstreckungsrichtung 30 des Sammelrohroberteils 12 und des Sammelrohrunterteils 10 bildet jeweils eine Seite der Durchzugsgeometrie zur Montage der Rohre, insbesondere Flachrohre, aus.
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Das Sammelrohrunterteil 10 weist schlitzförmige Ausnehmungen 28 auf, in die die Trennwände 14 hineingeschoben werden können. Die schlitzförmigen Ausnehmungen 28 sind bevorzugt in den jeweiligen Wandabschnitten 20 angeordnet. Besonders bevorzugt sind die schlitzförmigen Ausnehmungen 28 in der Wand 26 des Sammelrohrunterteils 10 angeordnet und zwar dort, wo Trennwände 14 angeordnet werden sollen, um Strömungspfade zu realisieren.
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Das Sammelrohr 16 kann auch als Rundsammler bezeichnet werden. Hierbei sind das Sammelrohrunterteil 10 und das Sammelrohroberteil 12 jeweils als eine Halbschale 10, 12 ausgebildet. Hierbei ist eine Trennebene zwischen den Halbschalen 10 und 12 im Wesentlichen parallel zu einer Ebene angeordnet, in der die Rohre, beispielsweise Flachrohre, zwischen die Vorsprünge 18 und damit in die durch jeweils zwei Vorsprünge 18 geformten Durchzüge angeordnet werden können. Der Durchzug zur Montage der Rohre, beispielsweise Flachrohre, wird durch das gegenüberliegende Anordnen und damit das Zusammenwirken des Sammelrohroberteils 12 mit dem Sammelrohrunterteil 10 ausgebildet.
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2 zeigt das Sammelrohrunterteil 10. Die Trennwände 14 sind in die schlitzförmigen Ausnehmungen 28 eingefügt und erstrecken sich bevorzugt rechtwinkelig von der Wand 26. Bevorzugt erstrecken sich die Trennwände 14 in einer Ebene, die senkrecht zu der Sammelrohrerstreckungsrichtung 30 verläuft. Die Trennwände 14 haben das Sammelrohrunterteil 10 in zwei oder mehr Hälften geteilt. Bevorzugt ist das Sammelrohr 16 somit in zwei oder mehr Hälften geteilt.
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3 zeigt in perspektivischer Darstellung das Sammelrohr 16 während des Montageprozesses. Das Sammelrohrunterteil 10 und das Sammelrohroberteil 12 werden in Erstreckungsrichtung 30 des Sammelrohrs 16 ineinander geschoben. Das Sammelrohroberteil 12 umfasst hierbei abschnittsweise das Sammelrohrunterteil 10 und die Wand 27 des Sammelrohroberteils 12 umschließt abschnittsweise die Wand 26 des Sammelrohrunterteils 10.
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4 zeigt das Sammelrohr 16 in zusammengestecktem Zustand. Das Sammelrohrunterteil 10 und das Sammelrohroberteil 12 sind komplett übereinander gesteckt. Hierbei liegen die Wand 26 und die Wand 27 im Wesentlichen parallel zueinander. Die nach außen ragenden Vorsprünge 18 im Sammelrohr 16 sind im unteren Figurenteil in einem größeren Abstand zueinander angeordnet als im oberen Figurenteil, wobei die Flächenanschnitte 20 nicht parallel zueinander ausgerichtet sind. Durch Verdrehen des Sammelrohrunterteils 10 relativ zum Sammelrohroberteil 12 kann eine erste Position 32 der nach außen ragenden Vorsprünge 18 zueinander verändert werden. Der Vorgang des Verdrehens ist mit einem Pfeil 34 veranschaulicht. Beim im oberen Figurenteil dargestellten Sammelrohr 16 liegen die Flächenabschnitte in einer zweiten Position 36 vor, wobei die Wandabschnitte 20 im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Die Flächenelemente 24 haben eine im Wesentlichen parallele Ausrichtung zueinander. In dieser Anordnung können nicht dargestellte Rohre an dem Sammelrohr 16 angeordnet werden. Die nach außen ragenden Vorsprünge 18 mit den dazwischen angeordneten Zwischenräumen 22 bilden bevorzugt eine Durchzugsgeometrie des Sammelrohres 16 aus. Die in dem Sammelrohr 16 angeordneten Rohre sind in 5 dargestellt und in der zugehörigen Figurenbeschreibung näher beschrieben.
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5 zeigt einen Ausschnitt des Sammelrohres 16 mit nach außen ragenden Vorsprüngen 18, wobei zwischen zwei gegenüberliegend angeordneten Flächenabschnitten 24 ein Rohr 38 angeordnet ist. Das Rohr 38 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Flachrohr 38 ausgebildet. Das Flachrohr 38 liegt mit einer Außenwand 40 an einem Rohrende 42 beidseitig im Wesentlichen zwischen den Flächenabschnitten 24 am Sammelrohr 16 an. Das Sammelrohr 16 ist mit einer der Trennwände 14 verschlossen. Das Rohr 38 kann auch ein Rundrohr sein mit einer kreisförmigen Querschnittsfläche oder ein ovales Rohr 38 mit einer ovalen Querschnittsfläche. In diesen Fällen ist das Flächenelement 24 nicht flächig ausgebildet, sondern beschreibt eine konkave Form, dessen Radius der des Radius des Rohres 38 folgt.
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6 zeigt in schematischer Darstellung einen Ausschnitt im Bereich des nach außen ragenden Vorsprungs 18, wobei zwei nach außen ragende Vorsprünge 18 gegenüberliegend angeordnet sind. Erkennbar sind Stanzschlitze 44, die durch den Fertigungsprozess des Sammelrohrunterteils 10 und des Sammelrohroberteils 12 erzeugt wurden. Die Stanzschlitze 44 können durch die Wand 26 und die Wand 27 bereichsweise überdeckt werden und sind somit verschlossen. Der Stanzschlitz 44 des Sammelrohrunterteils 10 ist hierbei von der Wand 27 des Sammlerohroberteils 12 verdeckt und umgekehrt.
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Der Herstellungsvorgang oder auch Montagevorgang zum Zusammensetzen eines Wärmetauschers weist folgende Schritte auf:
- – Bereitstellen eines Sammelrohrunterteils 10 und eines Sammelrohroberteils 12 mit nach außen ragenden Vorsprüngen 18 und Wandabschnitten 20.
- – Einfügen von Trennwänden 14 in schlitzförmige Ausnehmungen 28,
- – Ineinanderschieben des Sammelrohrunterteils 10 und des Sammelrohroberteils 12,
- – Verdrehen des Sammelrohrunterteils 10 relativ zum Sammelrohroberteil 12 in Pfeilrichtung 34,
- – Hineinschieben von Rohren 38 zwischen die Flächenelemente 24 der nach außen ragenden Vorsprünge 18, und
- – Verbinden durch Löten oder Kleben des Sammelrohrunterteils 10 und des Sammelrohroberteils 12 sowie der Rohre 38.
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Somit ist eine fluiddichte Verbindung zwischen dem Sammelrohr 16 und den Rohren 38 des Rohr/Rippen-Pakets des Wärmetauschers realisiert.
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Der Wärmetauscher ist beispielsweise zum Temperieren von Akkumulatorsystemen in Elektro- und/oder Hybridfahrzeugen einsetzbar. Der Wärmetauscher kann aber auch allgemein zur Kühlung oder Erwärmung von Aggregaten und Bauteilen eingesetzt werden. Hierbei kann thermische Energie, die im Verbrennungsprozess des Verbrennungsmotors anfällt, über den Wärmeübertrager abgeführt werden und beispielsweise zur Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums verwendet werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann der Wärmetauscher auch für andere Anwendungsfälle eingesetzt werden, in denen ein Fluid zur Wärmeübertragung verwendet wird.
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Die Rohre 38 und das Sammelrohr 16 sowie das Sammelrohrunterteil 10 und das Sammelrohroberteil 12 können aus einem Aluminiumwerkstoff oder einer Aluminiumlegierung gefertigt sein. Alternativ können auch einzelne Teile aus einem geeigneten Kunststoff gefertigt sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10112697 A1 [0003]
- DE 102011079091 A1 [0004]
- US 2001/0004010 A1 [0005]