DE10215739A1 - Wärmetauscher-Verteilerkopf-Tankeinheit - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Tragen und Abdichten einer Wärmetauschereinheit. Insbesondere wird eine einheitliche bzw. gemeinsame Verteilerkopf-Tankeinheit offenbart, die eine Verflüssigerverteilerkopf-Tankeinheit umfasst, die in paralleler Beziehung zu einer Kühlerverteilerkopf-Tankeinheit angeordnet ist. Die einheitliche Verteilerkopf-Tankeinheit ist aus einem einstückigen Stanzmaterialteil gebildet. Das einstückige Materialteil wird gestanzt, um einen senkrechten Vorsprung und zwei Basisabschnitte aufzuweisen, wobei jeder Basisabschnitt perforiert wird. Die teilweise Trennung des senkrechten Vorsprungs in zwei Flanschabschnitte erlaubt es, dass die Basisabschnitte über die Flanschabschnitte gefaltet werden, wodurch zwei Verteilerkopf-Tankeinheiten mit einer einzigen inneren Trennwand gebildet werden. Außerdem wird eine Rippeneinheit offenbart, die dazu geeignet ist, die Wäremtauscherrippen von mehreren Wärmetauschern zu queren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Wärmetauscher. Insbesonde­ re betrifft die Erfindung eine einheitliche Verteilerkopf- Tankstruktur mit einer Verflüssigerverteilerkopf-Tankeinheit, die parallel, relativ zu einer Kühlerverteilerkopf-Tankein­ heit, angeordnet sind.

Wärmetauscher werden in herkömmlichen Kraftfahrzeugen einge­ setzt, um Wärme von dem Motor abzuleiten oder um einen Wärme­ tausch mit dem Innern bzw. dem Fahrgastraum des Fahrzeugs, beispielsweise zur Klimatisierung, bereit zu stellen. Typi­ scherweise erfüllen zwei Wärmetauscher die Aufgabe zum Kühlen des Motors und zum Kühlen des Fahrzeuginsassenraums des Kraftfahrzeugs, nämlich ein Radiator bzw. Kühler und ein Verflüssiger. Diese Kraftfahrzeugbestandteile kommen vor ei­ nem Kühlgebläse und hinter einem Ansauggitter zu liegen. Wäh­ rend sie typischerweise unmittelbar benachbart zueinander zu liegen kommen, bilden der Kühler und der Verflüssiger ge­ trennte, autonome Einheiten.

Aktuell werden Kühler und Verflüssiger als zwei getrennte Be­ standteile hergestellt. Kühler und Verflüssiger können struk­ turell miteinander verbunden sein, indem die Bestandteile an­ einander befestigt werden, so dass diese beiden Elemente als eine Komponente dienen. Am häufigsten sind in diesen Konfigu­ rationen die Verteilerköpfe und Tanks von dem Verflüssiger und dem Kühler aneinander befestigt, und zwar an den Innen­ wänden von jeder der Einheiten. Das Verfahren zum Herstellen einer kombinierten Kühler-Verflüssigervorrichtung sieht au­ ßerdem das Verschließen der Enden der hohlen Elemente (Tanks) und das Einbringen von Löchern in den Basen der jeweiligen Verteilerkopfeinheiten vor. Wärmeübertragungsrohre werden daraufhin positioniert, um mit den Löchern zu fluchten, die in die Verteilerköpfe eingebracht bzw. gebohrt worden sind. Die beiden Verteilerkopf- und Tankelemente werden daraufhin abgedichtet durch Überziehen der verschiedenen Bestandteile mit einem Überzugsmaterial, woraufhin die Einheit gelötet bzw. verlötet wird, um die kombinierte Kühler-Verflüssiger­ einheit auszubilden.

Bei der Herstellung dieses kombinierten Wärmetauschers han­ delt es sich deshalb um einen komplexen Prozess, der die ge­ genseitige Befestigung von zwei getrennten Wärmetauschern an­ einander zur Ausbildung einer einzigen, zusammenhängenden Einheit vorsieht.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Rippen, die dazu dienen, die Wärme von den Wärmeübertragungs­ rohren abzuleiten. So, wie er aktuell hergestellt wird, nutzt jeder Wärmetauscher seine eigenen Wärmeübertragungsrippen mit zwei getrennten Rippeneinheiten.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine einheitliche Vertei­ lerkopf-Tankeinheit mit einer Verflüssigerverteilerkopf- Tankeinheit, die parallel, relativ zu dem Kühlerverteilerkopf und der Tankeinheit, angeordnet ist. Indem der Wärmetauscher in dieser Weise aufgebaut wird, wird im Motorraum Platz ein­ gespart. Durch Nutzen der offenbarten Methode zur Herstellung einer einheitlichen Verteilerkopf-Tankeinheit werden außerdem die Herstellungskosten deutlich verringert. Die vorliegende Erfindung schafft außerdem eine verbesserte strukturelle Ge­ samtintegrität.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung um­ fasst eine einheitliche Verteilerkopf-Tankeinheit einen Verflüssigerverteilerkopf und eine Tankeinheit, die in paral­ leler Beziehung zu einer Kühlerverteilerkopf-Tankeinheit an­ geordnet sind. Diese einheitliche Verteilerkopf-Tankeinheit wird aus einem einzigen Materialstück gebildet. Die Kühler­ verteilerkopf-Tankeinheit und die Verflüssigerverteilerkopf- Tankeinheit besitzen weiterhin getrennte Wärmetauschfluid- Strömungspfade. Mehrere, parallele Wärmeübertragungsrohre bzw. -röhren sind senkrecht mit den jeweiligen Verteilerkopf- Tankeinheiten verbunden und mehrere Rippen erstrecken sich zwischen benachbarten Wärmeübertragungsrohren der Wärmetau­ scher.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Rippeneinheit offenbart, die die Wärmeübertragungsrohre bei­ der Wärmetauscher quert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispiel­ haft näher erläutert; in dieser zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Stanzmaterialteils, das zur Ausbildung der gemeinsamen Verteilerkopf-Tankeinheit ver­ wendet wird,

Fig. 2 eine Seitenansicht des einen bzw. einzigen Stanzmate­ rialteils, das verwendet wird, um die gemeinsame Verteiler­ kopf-Tankeinheit zu bilden,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Wärmetauscheraufbaus unter Verwendung der gemeinsamen Vertei­ lerkopf-Tankeinheit,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der gemeinsamen Vertei­ lerkopf-Tankeinheit, entfernt bzw. ausgebaut aus der voll­ ständigen Ausführungsform gemäß Fig. 3, wobei die Verflüssi­ gerverteilerkopf-Tankeinheit in paralleler Beziehung zu der Kühlerverteilerkopf-Tankeinheit zu liegen kommt, und

Fig. 5 eine Schnittansicht einer Rippeneinheit, die dazu aus­ gelegt ist, beide Wärmetauscherrohre der beiden Wärmetauscher zu queren.

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines (einzigen) Stanz­ teils, das die bevorzugte Verflüssigerverteilerkopf-Tankein­ heit und die bevorzugte Kühlerverteilerkopf-Tankeinheit bil­ det bzw. bilden kann. Wie in der Zeichnung gezeigt, wird das eine Aluminiummaterialteil teilweise entlang seiner vertika­ len Erstreckung unterteilt, um zwei Flanschabschnitte 1, 2 auszubilden. Das eine bzw. einstückige Materialteil umfasst außerdem zwei Basisabschnitte 3, 4, die als Verteilerköpfe für die Wärmetauschereinheiten dienen. Diese Basisabschnitte 3, 4 werden mit Perforationen 11 (wie in Fig. 4 gezeigt) ge­ stanzt, die mit Wärmeübertragungsrohren bzw. -röhren 12, 13 eines Wärmetauschers übereinstimmen. Diese Perforationen 11 sind von länglicher ovaler Form gemäß der bevorzugten Ausfüh­ rungsform; sie können jedoch in beliebiger Weise geformt wer­ den, die es erlaubt, dass sie mit den Wärmeübertragungsrohren 12, 13 eines Wärmetauschers übereinstimmen. Die Basisab­ schnitte 3, 4, die als die Verteilerköpfe der Wärmetauscher­ einheiten dienen, werden auf die Flanschabschnitte 1, 2 hoch­ gefaltet, um zwei Verteilerkopf-Tankeinheiten 5, 6 mit einer gemeinsamen inneren Trennwand 7 zu erzeugen. Nachdem die Ba­ sisabschnitte 3, 4 auf die Flanschabschnitte 1, 2 gefaltet worden sind, werden die gemeinsamen bzw. verbundenen Ränder verlötet, um die gemeinsame Verteilerkopf-Tankeinheit abzu­ dichten. Obwohl eine Vielzahl von Abmessungen möglich ist, weist, abhängig von der Streckbarkeit bzw. Dehnbarkeit des verwendeten Materials, die innere Trennwand 7 gemäß der be­ vorzugten Ausführungsform eine Dicke von 1,0 bis 1,8 Millime­ ter auf. Bei Verwendung von Aluminiummaterial im Herstel­ lungsprozess wurde ermittelt, dass es sich hierbei um den ge­ wünschten Bereich handelt, der es erlaubt, dass die verschie­ denen Teile des einstückigen Stanzteils in die richtige Form gefaltet werden können. Obwohl in den Zeichnungen nicht ge­ zeigt, können die Enden der Verteilerkopf-Tankeinheiten 5, 6 durch festes Anbringen einer Endkappe abgedichtet werden, wie in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung 09/753293 gezeigt, und zwar auf den Verteilerkopf-Tankeinheiten 5, 6. Außerdem wird bemerkt, dass die äußeren Enden jeder Tankein­ heit, gebildet aus dem einstückigen Materialteil, an jedem offenen Ende durch herkömmliche mechanische Verfahren zusam­ mengequetscht werden können, um die Tankeinheiten abzudich­ ten.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht eines einstückigen Stanz­ teils, das die bevorzugte, gemeinsame Verteilerkopf-Tankein­ heit bildet bzw. bilden kann bzw. als Ausgangsprodukt hierfür dient. Aus dieser Darstellung geht hervor, dass dann, wenn die Basisabschnitte 3, 4 auf die Flanschabschnitte 1, 2 hoch­ gefaltet bzw. gefaltet werden, zwei Tanks gebildet werden können und eine gemeinsame Verteilerkopf-Tankstruktur resul­ tiert. Diese Darstellung zeigt außerdem die gemeinsame innere Trennwand 7, die zurückbleibt, wenn die Basisabschnitt 3, 4 auf die Flanschabschnitte 1, 2 hinaufgefaltet werden. Die in­ nere Trennwand 7 resultiert aus dem "flanschfreien" Abschnitt des einstückigen Materialteils, der vertikal, ausgehend von den Basen 3, 4, vorsteht. Die Abmessungen in Bezug auf die Länge des einstückigen, gestanzten Aluminiummaterialteils va­ riieren, abhängig von den gewünschten Abmessungen des herzu­ stellenden, speziellen Wärmetauschers.

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Wärmetau­ schereinheit, die die bevorzugte Ausführungsform enthält. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, sind die Verflüssiger- und Küh­ lerverteilerkopf-Tankeinheiten 5, 6 an dem Wärmetauscherkern 8 fest angebracht, der aus Wärmetauscherrohren bzw. -röhren 12, 13 sowie aus mehreren Rippeneinheiten besteht, die ver­ wendet werden, um Wärme abzustrahlen bzw. abzuleiten. Fig. 3 zeigt außerdem die Gesamtbeziehung der zwei gemeinsamen Ver­ teilerkopf-Tankeinheiten 5, 6, angeordnet an gegenüberliegen­ den Enden des Wärmetauscherkerns 8, in einer Anordnung wie bei einer herkömmlichen Wärmetauscherkonfiguration. Fig. 3 zeigt außerdem Einlass- und Auslassrohre, die an den Vertei­ lerkopf-Tankeinheiten 5, 6 fest angebracht sind. Diese Ein­ lass- und Auslassrohre 9, 10 werden an den Verteilerkopf- Tankeinheiten 5, 6 fest angebracht durch Perforieren der Tankverteilerkopfeinheiten, entsprechend der gewünschten Rohrgröße, woraufhin die Einlass- und Auslassrohre 9, 10 an den Verteilerkopf-Tankeinheiten 5, 6 angelötet werden.

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht der ersten bevor­ zugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, getrennt von den übrigen Bestandteilen gemäß Fig. 3 dargestellt. Abge­ sehen davon, dass diese Darstellung die Verflüssigervertei­ lerkopf-Tankeinheit 5 in paralleler Beziehung zu der Kühler­ verteilerkopf-Tankeinheit 6 zeigt, zeigt sie deutlich die Perforationen 11, die in die Basis 3, 4 der Verflüssiger- und Kühler-Verteilerkopfeinheiten 5, 6 gestanzt sind. Diese Per­ forationen 11 sind in den Basisabschnitt 3, 4 des einstücki­ gen Materialteils gestanzt, das verwendet wird, um die ge­ meinsame Verteilerkopf-Tankeinheit zu bilden. Diese Perfora­ tionen 11 stimmen überein mit den Wärmeübertragungsrohren 12, 13 der Verflüssigereinheit 5 und der Kühlereinheit 6 und sind an diesen befestigt. Die gemeinsame Innenwand 7 zwischen der Verflüssigerverteilerkopf-Tankeinheit 5 und der Kühlervertei­ lerkopf-Tankeinheit 6 sind in dieser Darstellung ebenfalls zu erkennen.

Fig. 5 zeigt eine aufgeschnittene Ansicht einer gemeinsamen Rippeneinheit 14. Demnach quert die Rippeneinheit 14 Wärme­ tauscherrohre, die sowohl an der Verflüssigerverteilerkopf- Tankeinheit 5 angebracht sind wie die Wärmetauscherrohre, die an der Kühlerverteilerkopf-Tankeinheit 6 fest angebracht sind. Aus Fig. 3 geht hervor, wie die Wärmetauscherrohre zu positionieren sind, wenn sie sich in Längsrichtung zwischen den Verteilerkopfeinheiten 5, 6 erstrecken, die an gegenüber­ liegenden Enden des Wärmetauscherkerns 8 zu liegen kommen. Fig. 5 zeigt demnach die aufgeschnittene Ansicht einer ge­ meinsamen Rippeneinheit 14, die Wärme von den Wärmeübertra­ gungsrohren sowohl von der Kühlereinheit 6 wie der Verflüssi­ gereinheit 5 ableiten. Die herkömmliche Verwendung von Rip­ peneinheiten, demnach jeder Wärmetauscher seine eigene Rip­ peneinheiten nutzt, kann auch bei der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen.

Vorstehend wurden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegen­ den Erfindung erläutert, die jedoch nicht auf diese Ausfüh­ rungsformen beschränkt ist, sondern zahlreichen Abwandlungen und Modifikationen zugänglich ist, die sämtliche im Umfang der anliegenden Ansprüche liegen.

Claims (10)

1. Einheitlicher Verteilerkopf-Tankaufbau, aufweisend: Eine Verflüssigerverteilerkopf-Tankeinheit, die in pa­ ralleler Beziehung sowie benachbart zu einer Kühlerver­ teilerkopf-Tankeinheit angeordnet ist, wobei die Verflüssigerverteilerkopf-Tankeinheit und die Kühlerver­ teilerkopf-Tankeinheit getrennte Fluidströmungspfade festlegen, wobei die Verflüssigerverteilerkopf-Tank­ einheit und die Kühlerverteilerkopf-Tankeinheit zumin­ dest teilweise durch eine gemeinsame innere Trennwand festgelegt sind, die aus einem einstückigen Materialteil gebildet ist, wobei das einstückige Materialteil teil­ weise getrennt ist, um zumindest zwei Flanschabschnitte zu bilden, wobei jeder Flanschabschnitt zur Bildung ei­ ner gemeinsamen Verteilerkopf-Tankeinheit mit einer ge­ meinsamen inneren Trennwand umgefaltet ist.

2. Einheitlicher Verteilerkopf-Tankaufbau nach Anspruch 1, wobei die Verflüssigerverteilerkopf-Tankeinheit außerdem mehrere Perforationen in der Basis der Verflüssigerver­ teilerkopfeinheit aufweist, wobei jede Perforation zum Löten bzw. Befestigen an einem Wärmetauscherrohr ausge­ legt ist.

3. Einheitlicher Verteilerkopf-Tankaufbau nach Anspruch 1, wobei die Kühlerverteilerkopf-Tankeinheit außerdem meh­ rere Perforationen in der Basis der Kühlerverteilerkopf­ einheit aufweist, wobei jede Perforation zum Löten bzw. Befestigen an einem Wärmetauscherrohr ausgelegt ist.

4. Einheitlicher Verteilerkopf-Tankaufbau nach Anspruch 1, wobei das einstückige Materialteil außerdem Material um­ fasst, das zur Abdichtung der Verteilerkopf-Tankein­ heiten zusammenquetschbar ist.

5. Einheitlicher Verteilerkopf-Tankaufbau nach Anspruch 1, wobei die gemeinsame Trennwand eine Dicke zwischen 1,0 und 1,8 Millimeter aufweist.

6. Einheitlicher Verteilerkopf-Tankaufbau, aufweisend:
Eine Verflüssigerverteilerkopf-Tankeinheit, die in pa­ ralleler Beziehung sowie benachbart zu einer Kühlerver­ teilerkopf-Tankeinheit angeordnet ist, wobei die Ver­ flüssigerverteilerkopf-Tankeinheit und die Kühlervertei­ lerkopf-Tankeinheit getrennte Fluidströmungspfade fest­ legen,
wobei die einheitliche Tank-Verteilerkopfeinheit aus ei­ nem einzigen Aluminiummaterialstanzteil gebildet ist, wobei das einstückige Aluminiummaterialstanzteil teil­ weise untertrennt ist, um zwei Flanschabschnitte bereit zu stellen, wobei das einstückige Aluminiummateri­ alstanzteil außerdem Perforationen in Basisabschnitten des Stanzteils aufweist, wobei die Basisabschnitte auf die Flanschabschnitte des Stanzteils gefaltet sind, um eine Verflüssigerverteilerkopf-Tankeinheit und eine Küh­ lerverteilerkopf-Tankeinheit bereit zu stellen,
wobei das einstückige Aluminiummaterialstanzteil zwei zusammenquetschbare Enden aufweist, um die Verflüssiger­ verteilerkopf-Tankeinheit und die Kühlerverteilerkopf- Tankeinheit abzudichten.

7. Verfahren zur Herstellung eines einheitlichen Verteiler­ kopf-Tankaufbaus, aufweisend die Schritte:
Stanzen eines einstückigen Aluminiummaterialteils, um zwei Basisabschnitte zu bilden, die durch einen vertika­ len Vorsprung unterteilt sind, wobei der vertikale Vor­ sprung teilweise derart unterteilt wird, dass zwei Flanschabschnitte gebildet sind,
Bilden von mehreren Perforationen in den Basisabschnit­ ten, wobei jede der Perforationen an einem Wärmetau­ scherrohr befestigt werden kann,
Umfalten der Basisabschnitte auf die Flanschabschnitte des vertikalen Vorsprungs zur Bildung eines Wärmetau­ schertanks,
Anbringen von einem oder mehreren Wärmetauscherrohren an den Perforationen, und
Löten des Aufbaus.

3. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt zum Umfal­ ten der Basisabschnitte auf die Flanschabschnitte außer­ dem den Schritt umfasst, die Außenenden von jedem der Tanks zur Abdichtung von jedem der Tanks zusammenzuquet­ schen.

9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt zum Umfal­ ten der Basisabschnitte auf die Flanschabschnitte außer­ dem den Schritt umfasst, eine Endkappe auf die Außensei­ ten von jedem der Tanks zur Abdichtung von jedem der Tanks fest anzubringen.

10. Wärmeübertragungsvorrichtung, aufweisend:
Zumindest einen ersten und einen zweiten Wärmetauscher, die in paralleler Beziehung zueinander angeordnet sind, wobei jeder der Wärmetauscher eine Verteilerkopf-Tank­ einheit aufweist und einen getrennten Fluidströmungspfad festlegt,
mehrere Wärmetauscherrohre, die fluidmäßig senkrecht mit den Verteilerkopf-Tankeinheiten von jedem Wärmetauscher verbunden sind, und
mehrere Rippen, die sich zwischen den Rohren des ersten Wärmetauschers und den Rohren des zweiten Wärmetauschers erstrecken.