[0001] Die Erfindung betrifft einen gelöteten Wärmeübertrager mit zumindest einem Sammelrohr,
an welchem ein Zusatzteil befestigt ist, insbesondere nach dem Gegenstand der älteren
Patentanmeldung der Anmelderin mit dem Aktenzeichen WO 04/00560.
[0002] In der vorgenannten älteren Patentanmeldung der Anmelderin ist ein gelöteter Wärmeübertrager
offenbart, der insbesondere als Kondensator einer Klimaanlage für Kraftfahrzeuge ausgebildet
ist und mindestens einen Kältemittelflansch zum Anschluss an einen Kältemittelkreislauf
sowie Halter zur Aufhängung des Kondensators aufweist. Flansch und Halter sind Zusatzteile,
welche durch Löten an mindestens einem Sammelrohr des Kondensators befestigt werden.
Vor dem Lötprozess werden alle Teile positioniert und fixiert, damit sie beim Lötprozess
ihre vorbestimmte Lage beibehalten. Für die Fixierung werden in der älteren Anmeldung
verschiedene Lösungen vorgeschlagen, u. a. ein Formschluss zwischen den Zusatzteilen
und dem Sammelrohr oder Schlitze im Sammelrohr, in welche am Zusatzteil befestigte
Fixierelemente eingreifen. Die hierdurch entstehenden Lötspalte zwischen Sammelrohr
und Zusatzteilen werden zwar beim Löten, welches nach dem so genannten Nocolok-Verfahren
erfolgt, geschlossen; jedoch besteht die Gefahr einer undichten Lötung oder einer
Schwachstellenbildung durch ein nicht homogenes Lötnahtgefüge. Da Kondensatoren für
Kraftfahrzeuge einer besonders starken Schwingungsbeanspruchung unterliegen, muss
die Verbindung insbesondere zwischen Halter und Sammelrohr hinreichend dauerfest und
stabil ausgebildet sein.
[0003] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Verbindungstechnik zwischen Zusatzteilen
und Sammelrohr bei einem Wärmeübertrager der eingangs genannten Art zu verbessern
und unter Umständen eine dauerhafte, schwingungsfeste Lötverbindung zu schaffen, die
nicht oder in geringem Maße zu Undichtigkeiten oder Festigkeitsproblemen führt.
[0004] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß
ist - zusätzlich zum Formschluss - ein Kraftschluss zwischen dem Zusatzteil und dem
Sammelrohr vorgesehen. Das Zusatzteil weist ein gabelförmiges Profilstück auf, welches
sich formschlüssig an den Umfang des Sammelrohres anlegt und insbesondere vor einem
Lötprozess derart auf dem Sammelrohr positioniert wird, dass ein Klemmsitz zwischen
dem gabelförmigen Profilstück und dem Umfang des Sammelrohres hergestellt wird. Durch
diesen Klemmsitz entsteht ein Kraftschluss, der eine hinreichende Fixierung des Zusatzteiles
auf dem Sammelrohr insbesondere für einen Lötprozess sicherstellt. Dadurch wird der
Vorteil erreicht, dass das Sammelrohr in seiner Oberfläche geschlossen bleibt, also
keine Schlitze aufweist und gegebenenfalls eine Lötvorrichtung, welche das Zusatzteil
und das Sammelrohr während des Lötens in Position hält, überflüssig ist. Durch die
erfindungsgemäße Fixierung mittels Klemmsitz ergibt sich unter Umständen femer als
Vorteil eine dichte, homogene und dauerfeste Lötverbindüng zwischen Zusatzteil und
Sammelrohr, welche auch geeignet ist, den insbesondere im Kraftfahrzeug auftretenden
Schwingungsbeanspruchungen standzuhalten.
[0005] In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das gabelförmige Profilstück zwei
Schenkel auf, welche das Sammelrohr mit einer elastischen Vorspannung umklammern.
Diese elastische Vorspannung kann vorteilhafterweise durch ein Untermaß der lichten
Gabelweite gegenüber dem Außendurchmesser des Sammelrohres hergestellt werden, wobei
der Abstand der Schenkel beim Aufschieben auf das Sammelrohr durch eine geeignete
Vorrichtung vergrößert wird - nach dem Aufschieben federn die Schenkel zurück. Danach
sitzt das Zusatzteil fest auf dem Sammelrohr und ist fixiert.
[0006] In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umgreift das Profilstück mit
seinen Schenkeln das Sammelrohr bis zu einem Umfangswinkel von mindestens 180°, vorzugsweise
bis zu 210°. Dadurch wird der Vorteil eines weitergehenden Formschlusses und vorzugsweise
einer Verrastung zwischen Profilstück und Sammelrohr erreicht.
[0007] In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung weist das Profilstück insbesondere auf
seiner Innenseite ein U-Profil auf, welches sich aus einem Bogen und zwei daran anschließenden
geraden Schenkeln zusammensetzt. Das Sammelrohr weist eine ähnliche Querschnittsgeometrie
auf, sodass sich zwischen den Schenkeln und den entsprechenden Umfahgsbereichen des
Sammelrohres eine Flächenpressung aufgrund der elastischen Vorspannung ergibt. Damit
wird auch der Vorteil eines gleichmäßigen Lötspaltes, d. h. eine Voraussetzung für
eine einwandfreie Lötung geschaffen.
[0008] In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann das Sammelrohr ein- oder
zweistückig ausgebildet sein, d. h. z. B. als geschweißtes Rohr oder zusammengesetzt
aus einem Boden- und einem Deckelteil, welche längsseitig miteinander verlötet werden.
Dadurch ergeben sich an den Längsseiten durch die Oberkanten des Bodenteiles Absätze.
[0009] Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind auf der Innenfläche des
Profilstückes - am Übergang vom Bogen zu den ebenen Flanken - Absätze vorgesehen,
welche in die Absätze des zweistückigen Sammelrohres eingreifen. Dadurch wird der
Vorteil eines Anschlages beim Aufsetzen des Profilstückes erreicht.
[0010] In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Wärmeübertrager als
Kondensator einer Klimaanlage für Kraftfahrzeuge ausgebildet. Dabei sind die Zusatzteile
als Kältemittelflansch und Halter ausgebildet, mit denen der Kondensator im Kraftfahrzeug
an einem benachbarten Wärmeübertrager, meistens dem Kühlmittelkühler aufgehängt wird.
Vorteilhafterweise sind sowohl der Flansch als auch die Halter als extrudierte Teile
ausgebildet, welche jeweils das gleiche extrudierte Profilstück zum Umfassen des Sammelrohres
aufweisen.
[0011] In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der Kondensator mit seinen Zusatzteilen
"in einem Schuss", d. h. in einem Arbeitsgang im Lötofen gelötet, und zwar - wie bereits
erwähnt - ohne Verwendung einer Lötvorrichtung. Zu den Zusatzteilen gehören einerseits
ein oder zwei Kältemittelflansche (Doppelflansch oder zwei Einzelflansche) sowie mehrere
Halter, hier vorzugsweise vier. Darüber hinaus werden auch Kältemittelanschlussrohre
mitgelötet, welche vom Kältemittelflansch in das betreffende Sammelrohr führen. Dabei
dient der Kältemittelflansch als Fixierung für die Anschlussrohre.
[0012] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im
Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
- Fig. 1
- einen Kondensator einer Klimaanlage für Kraftfahrzeuge mit vier Haltern und einem
Kältemittelflansch,
- Fig. 2
- den Kältemittelflansch auf einem Sammelrohr des Kondensators in perspektivischer Darstellung,
- Fig. 3
- einen der Halter auf einem Sammelrohr des Kondensators in perspektivischer Darstellung,
- Fig. 4
- den Kältemittelflansch auf dem Sammelrohr als Querschnitt,
- Fig. 5
- den Kältemittelflansch in einer abgewandelten Ausführungsform,
- Fig. 6
- den Halter auf dem Sammelrohr als Querschnitt,
- Fig. 7
- den Halter und das Sammelrohr vor der Montage und
- Fig. 8
- eine vergrößerte Darstellung des Verbindungsbereiches zwischen Halter oder Flansch
und zweistückigem Sammelrohr.
[0013] Fig. 1 zeigt einen Kondensator 1 einer nicht dargestellten Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges.
Der Kondensator 1 besteht aus einem Netz oder Block 2, welcher aus nicht näher dargestellten
Flachrohren und Wellrippen zusammengesetzt ist. Beiderseits des Netzes 2 sind Sammelrohre
3, 4 angeordnet, welche mit den Flachrohren des Netzes 2 kommunizieren. An dem in
der Zeichnung links angeordneten Sammelrohr 3 ist ein Anschlussflansch 5 befestigt,
von welchem Kältemittelanschlussrohre 6, 7 in das Sammelrohr 3 führen. Über den Kältemittelanschlussflansch
5 ist der Kondensator 1 mit einem nicht dargestellten Kältemittelkreislauf der Klimaanlage
verbunden. Der Kondensator 1 weist femer vier Halter 8, 9, 10, 11 auf, wovon jeweils
zwei an den Sammelrohren 3, 4 befestigt sind. Über die Halter 8, 9, 10, 11, die jeweils
Befestigungsbohrungen 8a, 9a, 10a, 11a aufweisen, ist der Kondensator im Kraftfahrzeug,
insbesondere an einem benachbarten Wärmeübertrager, z.B. einem nicht dargestellten
Kühlmittelkühler aufgehängt. Das Netz 2 des Kondensators 1 wird von Umgebungsluft
durchströmt, an welche das Kältemittel seine Kondensationswärme abgibt.
[0014] Fig. 2 zeigt den Kältemittelanschlussflansch 5 in einer perspektivischen Darstellung auf
dem Sammelrohr 3, welches nur teilweise dargestellt ist. Der Flansch 5 ist ein extrudiertes
Teil, welches ein gabelförmiges Profilstück 12, einen Steg 13 und einen Kältemittelanschlussbereich
14 mit Kältemittelanschlussbohrungen 14a, 14b, 14c aufweist (eine weitere Bohrung
ist verdeckt). Der Flansch 5 ist durch Löten auf dem Sammelrohr 3 befestigt.
[0015] Fig. 3 zeigt den Halter 8 (beispielhaft für die übrigen Halter, 9, 10, 11), welcher ebenfalls
als extrudiertes Teil aus einer Aluminiumstrangpresslegierung hergestellt ist. Der
Halter 8 besteht aus einem gabelförmigen Profilstück 15, welches das Sammelrohr 4
teilweise umschließt, aus einem gebogenen Steg 16 sowie einem Befestigungsstück 17
mit Befestigungsbohrung 8a. Der Halter 8 ist über das Profilstück 15 mit dem Sammelrohr
4 verlötet.
[0016] Fig. 4 zeigt den Flansch 5 (gemäß Fig. 2) in einer geschnittenen Darstellung (ohne Schraffur).
Das Sammelrohr 3 ist zweistückig ausgebildet, d. h. es weist ein Deckelteil 3a auf,
welches in ein Bodenteil 3b größeren Durchmessers eingesetzt ist und mit diesem seitliche
Überlappungszonen 3c, 3d bildet, über welche Deckel 3a und Boden 3b miteinander verlötet
sind. Der Boden 3b weist Durchzüge (querverlaufende Schlitze) 3e auf, in welche die
nicht dargestellten Rohrenden der Flachrohre eingesetzt und eingelötet werden. Der
Boden 3b wird nach oben durch Oberkanten 3f, 3g begrenzt, die mit dem Deckel 3a auf
der Außenseite Absätze bilden. Das gabelförmige Profilstück 12 weist zwei parallel
zueinander angeordnete Schenkel 12a, 12b auf, welche das Sammelrohr 3 im Bereich der
Überlappungszonen 3c, 3d umfassen. Die Schenkel 12a, 12b sind deutlich über die Überlappungszonen
3c, 3d hinaus verlängert, sodass das Profilstück 12 deutlich mehr als den halben Umfang
des Sammelrohres 3 umschließt. Zur Verdeutlichung sind in das Sammelrohr 3 der Mittelpunkt
M eines Kreises mit dem Durchmesser des halbschalenförmigen Bodens 3b und vier Kreisquadranten
eingezeichnet.
[0017] Fig. 5 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform eines Flansches 18 mit einem abgewandelten
Profilstück 19, welches ebenfalls gabelförmig ausgebildet ist und aus einem Bogenstück
19a sowie zwei daran anschließenden, im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten
Schenkel 19b, 19c besteht. Auf der Innenseite des Profilstückes 19 sind im Bereich
des Überganges des Bogenstückes 19a zu den seitlichen Schenkeln 19b, 19c Absätze 20,
21 angeordnet. In das gabelförmige Profilstück 19 ist ein gestrichelt dargestellter
Kreis k mit einem Mittelpunkt M einbeschrieben, wobei der Kreis k etwa dem Umfang
des Sammelrohres 3 (vgl. Fig. 4) entspricht. Die Absätze 20, 21 sind also deutlich
oberhalb des Mittelpunktes M angeordnet; sie dienen bei der Montage des Profilstückes
19 als Anschlag gegenüber den Oberkanten 3f, 3g des Bodens 3b des Sammelrohres 3 (vgl.
Fig. 4). Durch den Mittelpunkt M ist eine in der Zeichnung waagerechte Mittellinie
m gelegt, die gegenüber den Absätzen 20, 21 einen Abstand g aufweist. In diesem Bereich
g sind die Schenkel 19b, 19c auf der Innenseite gerade und im Wesentlichen parallel
zueinander ausgerichtet. Unterhalb der Mittellinie m schließen sich bis zu einem Abstand
e konvergierende Bogenstücke an. Die freien Enden der Schenkel 19b, 19c sind als nach
innen (in Richtung Mittelpunkt M) weisende Lippen 19d, 19e ausgebildet. Sie umfassen
somit das durch den Kreis k dargestellte Sammelrohr mit einem Umfangswinkel α von
deutlich mehr als 180°, d. h. etwa 210°.
[0018] Fig. 6 zeigt den Halter 8 (gemäß Fig. 3) in einer anderen Darstellung, und zwar in einem
Querschnitt durch das Sammelrohr 4, welches zweistückig ausgebildet ist. Das Profilstück
15 für den Halter 8 entspricht prinzipiell dem Profilstück 12 für den Flansch 5 (vgl.
Fig. 4).
[0019] Fig. 7 zeigt den Halter 8 mit Profilstück 15 sowie das zweistückige Sammelrohr 4 vor der
Montage. Das Sammelrohr 4 befindet sich dabei in einer nicht dargestellten Vorrichtung,
und der Halter 8 wird mit seinem Profilstück 15 derart auf das Sammelrohr 4 aufgesetzt,
dass sich anschließend ein Klemm-oder Presssitz ergibt. Um dies zu erreichen, weist
das Profilstück 15 eine lichte Weite LW, und das Sammelrohr 4 einen Außendurchmesser
DA auf, wobei LW ≤ DA ist. Die Profilgabel 15 hat somit ein Untermass gegenüber dem
Außendurchmesser bzw. dieser ein Übermaß gegenüber der Weite der Profilgabel. Vorzugsweise
kann die Differenz bzw. das Übermaß DA - LW = 0,1 mm betragen. Zur Montage wird die
Profilgabel 15 durch eine nicht dargestellte Vorrichtung gespreizt, d. h. bezüglich
des Innenmaßes LW aufgeweitet, bis ein Aufschieben auf das Sammelrohr 4 möglich ist.
Nach Erreichen der Endlage (Anschlag) werden die Schenkel der Profilgabel durch die
Vorrichtung entlastet und kommen damit unter Vorspannung zur Anlage an den Überlappungsbereichen
des Sammelrohres 4. Dabei richtet sich die Vorspannung nach dem gewählten Über- bzw.
Untermaß. Die Vorspannung bewegt sich im elastischen Bereich des Werkstoffes des Halters
8, d. h. einer Aluminiumstrangpresslegierung - beim Spreizen der Profilgabel 15 darf
also keine plastische Verformung auftreten. Durch den so erzielten Klemmsitz ist der
Halter auf dem Sammelrohr 4 für den anschließenden Lötprozess fixiert. Das Lot steht
als Lotplattierung zur Verfügung, welche beidseitig auf dem Boden des Sammelrohres
4 und auf der Außenseite des Deckels aufgebracht ist. Das Löten erfolgt nach dem so
genannten Nocolok-Verfahren, d. h. vor dem Löten, in diesem Falle auch vor dem Fügen
der Teile 8 und 4 wird ein entsprechendes Flussmittel in geeigneter Form aufgebracht.
[0020] Fig. 8 zeigt einen Ausschnitt aus Fig. 6, d. h. eine vergrößerte Darstellung des Profilstückes
15 mit Sammelrohr 4 im gefügten Zustand. In dieser Darstellung ist ein Umfangswinkel
α in der Größe von 210°, eingeschlossen von Strahlen s1, s2, eingezeichnet, welcher
angibt, in welchem Umfangsbereich (Sektor) das Profilstück 15 das Sammelrohr 4 umfasst.
Man sieht, dass die Schenkel 15a, 15b über eine durch den Mittelpunkt M verlaufende
Durchmesserlinie m verlängert sind, und zwar über die Strahlen s1, s2 des Umfangswinkels
α hinaus. Im Bereich der Winkelstrahlen s1, s2 weisen die Schenkel 15a, 15b eine erhöhte
Wandstärke w2 gegenüber einer Wandstärke w1 im Bereich der Mittellinie m auf. Die
Schenkel 15a, 15b bilden somit unterhalb der Mittellinie m Wulstlippen 15c, 15d aus,
welche das Sammelrohr 4 formschlüssig hintergreifen, d. h. ein Lösen des Klemmsitzes
verhindem oder zumindest erschweren. Die Montage des gabelförmigen Profilstückes 15
erfolgt in der zu Fig. 7 beschriebenen Weise, d. h. durch maschinelle Aufweitung,
anschließendes Fügen und Entlasten der Profilgabel zur Herstellung des Klemmsitzes.
1. Wärmeübertrager (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einem Sammelrohr
(3, 4), an welchem mindestens ein Zusatzteil (5, 8, 9, 10, 11) befestigt ist, wobei
das mindestens eine Zusatzteil ein gabelförmiges an den Umfang des Sammelrohres angepasstes
Profilstück (12, 15, 19) aufweist, welches am Umfang des Sammelrohres (3, 4) anliegt
und durch Formschluss und Kraftschluss fixierbar ist.
2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftschluss durch einen Klemmsitz zwischen dem gabelförmigen Profilstück (12,
15, 19) und dem Sammelrohr (3, 4) gebildet ist.
3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Profilstück (12, 15, 19) zwei Schenkel (12a, 12b; 15a, 15b; 19b, 19c) aufweist,
welche mit einer elastischen Vorspannung am Umfang des Sammelrohres (3, 4) anliegen.
4. Wärmeübertrager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Profilstück (12, 15, 19) das Sammelrohr (3, 4) bis zu einem Umfangswinkel α von
mindestens 180°, vorzugsweise 200 bis 210° umschließt.
5. Wärmeübertrager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Profilstück (12, 15, 19) ein U-Profil bildet, dessen Schenkel (12a, 12b, 15a,
15b; 19b, 19c) im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
6. Wärmeübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die parallel verlaufenden Schenkel (15a, 15b, 19b, 19c) durch konvergierende Bogenstücke
(15c, 15d, ; 19d, 19e) in Form von Lippen verlängert sind, welche das Sammelrohr (3,
4) formschlüssig hintergreifen.
7. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sammelrohr einstückig, insbesondere als geschweißtes Rohr ausgebildet ist.
8. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sammelrohr (3, 4) zweistückig, d. h. mit einem Deckelteil (3a) und einem Bodenteil
(3b) ausgebildet ist.
9. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenteil (3b) zwei in Längsrichtung verlaufende Oberkanten (3f, 3g) und das
Profilstück (19) nach innen gerichtete Absätze (10, 21) aufweist, welche Anschläge
gegenüber den Oberkanten (3f, 3g) bilden.
10. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager als Kondensator (1) einer Klimaanlage für Kraftfahrzeuge ausgebildet
ist und zwei Sammelrohre (3, 4) aufweist.
11. Wärmeübertrager nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Zusatzteil als mindestens ein Kältemittelflansch (5, 18) ausgebildet
ist.
12. Wärmeübertrager nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens ein Zusatzteil als Halter (8, 9, 10, 11) zur Aufhängung des Kondensators
(1) ausgebildet ist.
13. Wärmeübertrager nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelanschlussflansch (5) und/oder die Halter (8, 9, 10, 11) als extrudierte
Teile herstellbar sind.
14. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (1) Kältemittelanschlussrohre (6, 7) aufweist, welche den Kältemittelflansch
(5) mit dem Sammelrohr (3) verbinden.
15. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (1) mit Flansch (5), Haltern (8, 9, 10, 11) und Anschlussrohren (6,
7) in einem Arbeitsgang lötbar ist.