DE69630003T2

DE69630003T2 - Wärmetauscher,insbesondere für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE69630003T2
Application number: DE69630003T
Authority: DE
Inventors: Carlos Martins
Original assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Current assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Priority date: 1995-12-13
Filing date: 1996-12-04
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2016-12-05
Also published as: DE69630003D1; FR2742529B1; EP0779488B1; CN1157227A; BR9605753A; AR005012A1; FR2742529A1; EP0779488A1; MX9606343A

Description

Die Erfindung betrifft Wärmetauscher, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, und insbesondere solche aus gelötetem oder geschweißten Aluminium, von der An mit einem Fluidkasten, der mit einem peripheren Absatz versehen ist und durch Falzen unter Einsetzen einer Dichtung an einer mit einem peripheren Rand versehenen Sammelplatte befestigt wird.
Bei bestimmten bekannten Wärmetauschern von im Großen und Ganzen rechteckiger Form begrenzt der periphere Rand eine periphere Vertiefung von im Großen und Ganzen U-Form, die zumindest teilweise den peripheren Absatz und die Dichtung aufnehmen soll, wobei dieser periphere Rand an einem Endteil eine zinnenartige Längenmodulation aufweist, die Falzlaschen bildet, die an einer Oberseite des peripheren Absatzes zur Anlage kommen sollen, um ihn relativ zur Sammelplatte zu fixieren.
Derartige Falzlaschen erstrecken sich insbesondere auf den Längsseiten (Länge) des Wärmetauschers.
Bei dieser Art von Wärmetauscher ist der periphere Absatz des Fluidkastens aus Gründen der Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Beanspruchungen und des Drucks sehr viel dicker als die Wand, die den Kasten begrenzt. Das Dokument FR-A-2 547 403 beschreibt einen derartigen Wärmetauscher.
Je dicker der Absatz ist, um so tiefer muss aber die periphere Vertiefung sein und um so größer ist damit der Abstand, der den Boden der Vertiefung von den Falzlaschen trennt. Dies hat zur Folge, dass eine starke Hebelwirkung erzeugt wird, der das Biegen des peripheren Randes und der Falzlaschen unter der Wirkung hoher Drücke begünstigt und keinen konstanten Druck der Falzlaschen auf die Auflagefläche des peripheren Absatzes des Fluidkastens gestattet.
Dies kann lokale Leckagen auf Höhe der Dichtung bewirken und manchmal eine Ablösung der Sammelplatte durch Biegung ihrer Ränder und damit einen Druckverlust der Dichtung, der ein noch erheblicheres Lecken zur Folge haben. Das Dokument FR-A-2 422 921 beschreibt einen Wasserkasten bei dem die Falzlaschen zum Inneren des Wärmetauschers senkrecht zu seiner Längsseite umgebogen sind.
Diese Effekte sind moch ausgeprägter bei aktuellen Wärmetauschern, die eine Sammelplatte und Rohre umfassen, die aus Aluminium oder einer Legierung aus Aluminium und Mangan (hauptsächlich aus Gründen der Duktilität, der Kosten und des Gewichts) umfassen, denn diese Art von Legierung besitzt keine guten mechanischen Eigenschaften.
Alle von Fachleuten vorgeschlagenen Lösungen für die Lösung dieses Problems erfordern die Verwendung von metallischen Verstärkungsteilen, die häufig kompliziert herzustellen sind. Demzufolge existiert gegenwärtig keine Lösung, die es gestattet, das zuvor angesprochene Problem einfach und bei geringeren Fertigungskosten zu lösen.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen Wärmetauscher bereitzustellen, der keinen oder nur einen Teil der Nachteile des Wärmetauschers des Standes der Technik aufweist.
Die Erfindung schlägt hierzu einen Wärmetauscher nach Anspruch 1 vor.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Abstand zwischen zwei benachbarten dicken Bereichen hinsichtlich eines oberen Wertes zumindest gleich der Summe der Längsausdehnung einer Falzlasche und eines positiven oder Null betragenden Vielfachen der Längsausdehnung eines Klemmfußes und des Zwischenraums, der zwei benachbarte Falzlaschen trennt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Abstand zwischen zwei benachbarten dicken Bereichen hinsichtlich eines oberen Wertes gleich der Längsausdehnung einer Falzlasche und die Längsausdehnung eines dicken Bereichs hinsichtlich eines unteren Wertes gleich der Längsausdehnung einer Falzlasche.
Bei der folgenden Beschreibung eines Beispiels wird auf die folgenden beigefügten Zeichnungen Bezug genommen:
1A und 1B veranschaulichen in einer Dreiviertelansicht einen oberen oder unteren Teil eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers für eine bevorzugte Ausführungsform vor beziehungsweise nach dem Zusammenbau; und
2 ist ein Querschnitt längs der Achse II-II des in 1B dargestellten Wärmetauschers.
In 1A sind ein Teil eines Fluidkastens 1, im Allgemeinen aus einem geformten starren Kunststoff, und ein entsprechender Teil einer metallischen Sammelplatte 2 beispielsweise eines oberen Teils eines Wärmetauschers dargestellt.
In der folgenden Beschreibung wird angenommen, dass das in dem Wärmetauscher zirkulierende Fluid Wasser ist. Folglich wird der Fluidkasten Wasserkasten genannt. Aber es ist klar, dass die Erfindung ebenso Wärmetauscher betrifft, die zum Beispiel mit Öl oder einem Gas funktionieren.
Der Wasserkasten 1 umfasst eine geformte Wand 3, die dazu bestimmt ist, das Wasser aufzunehmen und an ihrer Peripherie einen peripheren Absatz 4 umfasst, der einen Wulst bildet und eine Auflageoberseite 5, eine Innenseite 6, eine Außenseite 7 und einer Unterseite 8 umfasst.
In der ganzen Beschreibung sind die Angaben zur Orientierung der Elemente relativ zu 1 angegeben. Es versteht sich, dass die Umkehrung des Wasserkastens der 1 und 2 ein für unten geeignetes Element in einer für oben geeignete Position platzieren würde.
Die Sammelplatte 2 umfasst einen mittleren Teil 9, der mit Öffnungen 10 versehen ist, die den Durchtritt der Enden von Rohren 11 (siehe 2) gestatten, und auf der ganzen Peripherie dieses mittleren Teils einen vor dem Zusammenbau des Wärmetauschers durch Falzen geformten peripheren Rand 12.
Die Rohre 11 bilden ein Rohrbündel und werden im Allgemeinen aus Aluminium oder einer ausreichend duktilen, Aluminium umfassenden Legierung hergestellt. Die Sammelplatte wird vorzugsweise aus einer Legierung aus Aluminium und Mangan hergestellt, die zu der sogenannten Reihe "3000" gehört.
Der periphere Rand 12 begrenzt einen Innenseite 13, einen Boden 14 und eine Außenseite 15 einer peripheren Vertiefung 16 von im Großen und Ganzen U-Form, die dafür ausgelegt ist, den peripheren Absatz 4 unter Einsetzung einer Dichtung 17 aufzunehmen, die aus einem verformbaren und wasserdichten Material, beispielsweise einem Elastomer, hergestellt ist.
Die Außenseite 15 des peripheren Rands weist an einem Endteil eine zinnenartige Längenmodulation auf, die Falzlaschen 18 bildet. Die Falzlaschen sind vorzugsweise regelmäßig voneinander durch einen Abstand D (in Längsrichtung) beabstandet, wobei jede Lasche zudem eine Längsausdehnung L1 aufweist.
Diese Falzlaschen, die vorgeschnitten sind, sollen an der Auflageoberseite 5 des peripheren Absatzes 4 zur Auflage zu kommen, um sie relativ zu der Sammelplatte 2 unter Einsetzung einer Dichtung 17 zu fixieren. Diese letztere befindet sich somit in der peripheren Vertiefung 16 zwischen der Außenseite 15 und dem Boden 14 des peripheren Randes 12 und der Unterseite 8 des peripheren Absatzes 4.
Diese Dichtung kann natürlich andere Formen annehmen und folglich kann sie Kontakt mit anderen Seiten haben.
Der periphere Absatz 4 des Wasserkastens, der vorzugsweise durch Formung eines verstärkten Kunststoffs hergestellt wird, weist auf Höhe seiner Oberseite 5 eine Dickemodulation auf, die einen Wechsel von dicken Bereichen 19 und dünnen Bereichen 20 bildet.
Unter einem dicken Bereich versteht man einen Bereich des peripheren Absatzes, der eine Dicke aufweist, die identisch oder geringfügig kleiner als diejenige ist, die die peripheren Absätze der Wasserkästen des Standes der Technik aufweisen. Die so genannten dünnen Bereiche sind folglich diejenigen, die eine Dicke aufweisen, die merklich kleiner als diejenige der dicken Bereiche ist.
Die Anmelderin hat erkannt, dass überraschender Weise ein Absatz mit einer derartigen Dickenmodulation mechanische Eigenschaften besitzen würde, die im Wesentlichen identisch zu denjenigen der Absätze des Standes der Technik sind und auf alle Fälle ausreichen, um die unterschiedlichen Belastungen beim Betrieb und bei der Montage auszuhalten.
Die von dem peripheren Rand 12 begrenzte periphere Vertiefung 16 ist somit deutlich weniger tief als bei den bekannten Wärmetauschern, wodurch die Länge des Hebelarms der Falzlaschen 18 im gleichen Maße reduziert wird. Die auf die Falzlaschen des vorgeschlagenen Wärmetauschers ausgeübten Beanspruchungen sind folglich sehr viel weniger stark als diejenigen, die bei einem Wärmetauscher des Standes der Technik vorkämen.
Wenn der Wasserkasten durch Formen hergestellt wird, ist zudem die Menge des zu seiner Herstellung erforderlichen Materials merklich geringer als zuvor, wodurch die Fertigungskosten gesenkt werden und zu einem geringeren Gewicht des Wärmetauschers beigetragen wird.
Schließlich gestattet das Vorhandensein von dicken Bereichen 19 auf der Auflageoberseite 5 des peripheren Absatzes eine Förderung des Materialflusses bei der Formung.
Der Abstand, der zwei benachbarte dicke Bereiche 19 trennt (oder die Längsausdehnung eines dünnen Bereichs 20) ist vorzugsweise hinsichtlich eines unteren Wertes gleich der Längsausdehnung L1 einer Falzlasche 18 und die Längsausdehnung L2 eines dicken Bereichs 19 (oder der zwei dünne Zonen 20 trennende Abstand) ist hinsichtlich eines oberen Wertes gleich dem Abstand D zwischen zwei benachbarten Falzlaschen 18.
Zudem ist die jeweilige Positionierung der Bereiche und der Falzlaschen so vorgesehen, dass sich jede Falzlasche nach dem Umbiegen zwischen zwei benachbarte dicke Bereich 19 einfügt und an dem dünnen Bereich 20 anliegt, dem sie gegenüber liegt.
Das Umbiegen der Laschen erfolgt nach der Befestigung der Metallteile (Sammelplatte 2 und Rohre 11), zum Beispiel durch Verlöten in einem Ofen, und dann der Positionierung der Dichtungen 17 und des peripheren Absatzes 4 des Wasserkastens in der peripheren Vertiefung 16. Es erfolgt nach Innen um eine Achse X-X, die im Wesentlichen parallel zu einer Längsseite des Wärmetauschers ist, bis die Falzlaschen 18 die Oberseite 5 des peripheren Absatzes 4 jedes Wasserkastens gegen den peripheren Rand 12 der Sammelplatte 2 drücken, wodurch die Dichtungen 17 dann zusammengedrückt werden, während gleichzeitig der periphere Absatz 4 im Inneren der peripheren Vertiefung 16 fixiert wird.
Die Intensität der Zusammendrückens kann durch Verschieben der Position der Biegeachse X-X angepasst werden.
Um eine gute Verteilung des Drucks auf die Gesamtheit der Dichtungen zu erhalten, wird es vorgezogen, eine Verteilung der Falzlaschen über die ganze Länge der Längsseiten des Wärmetauschers vorzusehen. Wenn hohe Drücke in dem Wärmetauscher vorgesehen sind, kann es natürlich ebenso von Nutzen sein, Falzlaschen auf den Querseiten vorzusehen.
Die Erfindung ist nicht auf die zwei zuvor beschriebenen Ausführungsarten beschränkt, sondern umfasst alle Varianten, die ein Fachmann im Rahmen der nachfolgenden Ansprüche entwickeln kann.
Man kann daher ins Auge fassen, weniger dicke Bereiche vorzusehen, als es freie Räume zwischen Falzlaschen gibt. Hierzu genügt es, dass der Abstand zwischen zwei benachbarten dicken Bereichen hinsichtlich eines oberen Wertes zumindest gleich der Summe der Längsausdehnung L1 einer Falzlasche und eines Vielfachen der Längsausdehnung L1 einer Falzlasche und des zwei benachbarte Falzlaschen trennenden Zwischenraums D ist.
Ebenso kann man Falzlaschen vorsehen, die eine Ausdehnung in Längsrichtung aufweisen, die von derjenigen der dünnen Bereiche verschieden ist (größer oder kleiner).
Zudem wurde eine Dickenmodulation beschrieben, die direkt bei dem Schritt der Formung des Wasserkastens erhalten wurde, aber es versteht sich, dass sie auch durch einen Zuschnitt erhalten werden kann.

Claims

Wärmetauscher, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, der Art mit einem Fluidkasten (1), der mit einem peripheren Absatz (4) versehen ist, der auf Höhe seiner Oberseite (5) eine Dickenmodulation aufweist, die einen Wechsel von dicken Bereichen (19) und dünnen Bereichen (20) aufweist, sowie mit einer Sammelplatte (2), die einen peripheren Rand (12) aufweist, der eine periphere Vertiefung (16) von im Großen und Ganzen U-Form begrenzt, die zumindest teilweise den peripheren Absatz (5) unter Einsetzung einer Dichtung (17) aufnehmen soll, und der an einem Endteil Falzlaschen (18) aufweist, die an einer Oberseite (5) des Absatzes (4) zur Anlage kommen sollen, um ihn relativ zu der Sammelplatte (2) zu fixieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Falzlaschen (18) durch eine zinnenartige Längenmodulation des Endteils der Sammelplatte (2) gebildet werden und dass jeder dicke Bereich (19) dafür ausgelegt ist, sich nach deren Umbiegen nach innen entlang einer Achse (X-X), die im Wesentlichen parallel zu einer Längsseite des Wärmetauschers ist, zwischen zwei benachbarte Falzlaschen (18) einzufügen, so dass die Falzlaschen (18) mit einer eintellbaren Kompressionsstärke an denjenigen dünnen Bereichen (20) der Oberseite (5) aufliegen, denen sie gegenüber liegen.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen zwei benachbarten dicken Bereichen hinsichtlich eines oberen Wertes zumindest gleich der Summe der Längsausdehnung (L1) einer Falzlasche und eines positiven oder Null betragenden Vielfachen der Längsausdehnung (L1) eines Klemmfußes und des Zwischenraums (D) ist, der zwei benachbarte Falzlaschen trennt.
Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen zwei benachbarten dicken Bereichen (19) hinsichtlich eines oberen Wertes gleich der Längsausdehnung (L1) einer Falzlasche (18) ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsausdehnung (L2) eines dicken Bereichs (19) hinsichtlich eines unteren Wertes gleich der Längsausdehnung (L1) einer Falzlasche (18) ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Falzlaschen (18) sich ebenso auf den transversalen Seiten des Wärmetauschers erstrecken.