Die Erfindung bezieht sich auf Wärmetauscher, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem in einen Vor- und Rücklaufraum unterteilten, einstückigen Anschlusswasserkasten und einem einstückigen Umlenkwasserkasten aus Kunststoff, die über ein von Luftleitlamellen zusammengehaltenes Rohrbündel von Wasserrohren aus Metall miteinander verbunden sind, deren Rohrenden über ein in die Rohröffnungen erweiternde rillenförmige Vertiefungen an der Aussenseite der Böden der Wasserkästen eingebrachtes, aushärtendes Kunststoffmaterial abgedichtet befestigt sind.
Wärmetauscher der eingangs genannten Art sind bereits aus der DE-A 2302769 und DE-A 23 02 770 bekannt.
Entsprechend einer Ausführungsform eines solchen Wärmetauschers werden einstückige Anschluss- und Umlenkwasserkästen aus Kunststoff verwendet, die, um die Rohrenden über ein in die Rohröffnungen erweiternde rillenförmige Vertiefungen an den Aussenseiten der Böden der Wasserkästen eingebrachtes, aushärtendes Kunststoffmaterial abgedichtet befestigen zu können, mit diese Vertiefungen entsprechend ergänzenden Bodendeckeln versehen werden müssen. Diese Bodendeckel müssen gegenüber den Wasserkästen in geeigneter Weise fixiert werden, damit nach dem Einsetzen der Rohrenden des Rohrbündels in die Rohröffnungen und dem nachfolgenden Einspritzen von aushärtendem Kunststoffmaterial in die geschlossenen, rillenförmigen Vertiefungen ein unkontrolliertes Austreten des Kunststoffmaterials vermieden wird.
Diese Ausführungsform eines bekannten Wärmetauschers weist somit den Nachteil auf, dass für die notwendigen Bodendeckel ein zusätzlicher Werkzeug-, Material- und Montageaufwand erforderlich ist.
Entsprechend einer alternativ vorgeschlagenen Ausführungsform eines solchen Wärmetauschers werden Wasserkästen verwendet, die entlang einer die Rohröffnungen beinhaltenden, vertikalen wellenförmigen Schnittfläche geteilt sind. Die Schnittfläche ist hierbei in Höhe der Rohröffnungen wieder mit rillenförmigen Vertiefungen versehen, die nach Aneinanderfügen der beiden Wasserkästenteile wieder die Rohröffnungen erweiternde rillenförmige Vertiefungen bilden, in die nach Einsetzen der Rohrenden in die Rohröffnungen ein aushärtendes Kunststoffmaterial eingespritzt wird.
Diese Ausführungsform eines bekannten Wärmetauschers vermeidet zwar einen erhöhten Materialaufwand, macht jedoch einen erhöhten Werkzeugaufwand für die geteilten Wasserkästen erforderlich. Darüberhinaus muss die über den gesamten Umfang der Wasserkästen verlaufende Schnittfläche über das aushärtende Kunststoffmaterial abgedichtet werden, woraus sich einerseits ein hoher Materialaufwand an aushärtendem Kunststoffmaterial ergibt und andererseits durch die grosse Länge dieser Abdichtungsfuge die Wahrscheinlichkeit möglicher Undichtigkeiten stark erhöht wird.
Ergänzend wird noch darauf hingewiesen, dass es bei den Wärmetauschern der bekannten herkömmlichen Bauart, bei denen die Rohrenden eines Rohrbündels von Wasserrohren in einem Rohrboden über entsprechende Dichtungsmittel abgedichtet befestigt werden, bereits bekannt ist, diese Dichtungsmittel in Form eines aushärtenden Kunststoffmaterials anzubringen. Eine solche Ausführungsform eines bekannten Wärmetauschers ist aus der DE-A 2509717 zu entnehmen, wobei die hier aufgezeigten Kleber bzw. aushärtbaren Kunststoffmaterialien in sehr aufwendiger Weise über eine Formvorrichtung auf den Rohrboden aufgebracht werden müssen.
Weiterhin wird noch darauf hingewiesen, dass es bei Wärmetauschern, deren einstückige Anschlusswasserkästen als Gussteile aus Metall ausgebildet waren, bekannt war, an den Aussenseiten der Wasserkästen ringförmige Nuten vorzusehen, die zur Aufnahme von geraden Enden von Wasserrohren ausgerichtet waren und die, wie im Falle der US-A 18 22 715, unter Zwischenschaltung einer ringförmigen Dichtungsscheibe oder, wie im Falle der GB-A 268093, durch Einbringen eines geschmolzenen Lotmateriales abgedichtet mit den Wasserkästen verbunden wurden.
Im erstgenannten Fall musste durch Zuganker für die Aufrechterhaltung eines steten Anpressdruckes gesorgt werden und im zweitgenannten Fall musste der entsprechende Bereich des Wasserkastens und der Wasserrohre auf eine entsprechend hohe Temperatur erhitzt werden, die es dem geschmolzenen Lotmaterial unter Vorabzufuhr eines Flussmittels ermöglichte, eine metallische Verbindung zwischen den beiden Bauteilen herzustellen.
Die hierfür erforderliche hohe Temperatur in Verbindung mit besonderen, bei Lötverbindungen erforderlichen Flussmitteln ermöglichte hierbei ein Hochsaugen des geschmolzenen Lotmaterials sowohl an der Innen- als auch an der Aussenseite der in den ringförmigen Nuten angeordneten Wasserrohre.
Ein einfacher Materialaustausch, beim Wasserkasten - Kunststoff gegen Metall - und beim Verbindungsmaterial - geschmolzenes Lotmaterial gegen bei Raumtemperatur flüssiges Kunststoffklebermaterial - würde auch bei Benutzung der Ringnutenanordnung infolge der dem Kunststoff für Wasserkästen eigenen, eine Benetzung abweisenden, Eigenschaft sowie der dem Kunststoffklebermaterial eigenen Viskosität nicht zu einem Hochsteigen des aushärtbaren Kunststoffmaterials sowohl an der Innen- als auch an der Aussenseite der Wasserrohre führen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass für die Herstellung der einstückigen Wasserkästen aus Kunststoff einfache Werkzeuge und wenig Material benötigt werden, die Länge der Abdichtungsfugen auf das unbedingt notwendige Minimum beschränkt bleibt und das aushärtbare Kunststoffmaterial in einfacher Weise einbringbar und in innige Verbindung sowohl mit der Innen- als auch der Aussenseite der Wasserrohrenden bringbar ist.
Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, indem ein Wärmetauscher der eingangs genannten Art die in den Patentansprüchen aufgezeigten Merkmale aufweist.
Dadurch, dass die Aussenseite der Böden der Wasserkästen mit einer Vielzahl von Rohrstutzen versehen sind, die von im Abstand zu diesen angeordneten Ringstegen umfasst sind, wobei das aushärtbare Kunststoffmaterial in den zwischen den Rohrstutzen und den Ringstegen gebildeten, axial offenen Ringnuten angeordnet ist, in welches die auf die Rohrstutzen aufsteckbaren Rohrenden mit ihren ausgestellten Kragen einsenkbar sind, wird die Herstellung der einstückigen Wasserkästen aus Kunststoff mit einfachen Werkzeugen und wenig Material ermöglicht, die Länge der Abdichtungsfuge auf das unbedingt notwendige Minimum beschränkt und das Einbringen des aushärtbaren Kunststoffmaterials vereinfacht und dadurch, dass der Innendurchmesser der Rohrenden etwas grösser als der Aussendurchmesser der Rohrstutzen und der Aussendurchmesser der ausgestellten Kragen etwas kleiner als der Innendurchmesser der Ringstege ist, wird sichergestellt, dass das vor dem Aufstecken der Rohrenden bereits in den Ringnuten befindliche, aushärtbare Kunststoffmaterial die Rohrenden nicht nur aussen benetzt, sondern auch in den Raum zwischen den Rohrstutzen und der Innenwand der Rohrenden gedrückt wird, da der ausgestellte Kragen der Rohrstutzen eine Verteilerfunktion für das Kunststoffmaterial übernimmt und so dafür sorgt, dass ausreichend viel Kunststoffmaterial sowohl für die Verbindung der Rohrstutzen mit der Innenseite der Rohrenden als auch der Ringstege mit der Aussenseite der Rohrenden zur Verfügung steht. Auf diese Weise wird eine absolut dichte und zugfeste Befestigung des Rohrbündels aus Wasserrohren an den Wasserkästen aus Kunststoff erzielt.
Als aushärtbares Kunststoffmaterial hat sich hierbei ein Produkt der Firma Teroson unter der Bezeichnung Terokal 3919 (eingetragenes Warenzeichen) als günstig erwiesen. Es weist eine gute Fliess- und Verteilfähigkeit auf und ist unter Erwärmung auf eine mässige Temperatur von etwa 140 bis 200°C innerhalb einer geringen Zeitdauer von etwa zwei Minuten aushärtbar.
Der gemäss der Erfindung vorgeschlagene Aufbau eines Wärmetauschers kann selbstverständlich für alle möglichen bekannten Bauformen von Wärmetauschern entsprechend angewendet werden.
Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass bei einer bestimmten bekannten Bauform eines Wärmetauschers durch -den erfindungsgemässen Aufbau ein Minimum an Werkzeug-, Material-und Montagekosten erforderlich sind. Dies ist der Fall, wenn der Wärmetauscher, wie an sich bekannt, mit einem einzigen, in einen Vor- und einen Rücklaufraum unterteilten, einstückigen Wasserkasten (Anschlusswasserkasten) aus Kunststoff und einem von Luftleitlamellen zusammengehaltenen Rohrbündel von Wasserrohren aus Metall besteht, wobei die Wasserrohre in an sich bekannter Weise vom Vorlaufraum ausgehend und zum Rücklaufraum zurückkehrend U-förmig verlaufend ausgebildet sind. Die bei dieser Bauform eines Wärmetauschers bekannten Vorteile werden durch den erfindungsgemässen Aufbau noch dadurch ergänzt, dass die zur Herstellung eines solchen Wärmetauschers erforderlichen Verfahrensschritte wesentlich vereinfacht werden.
Die Erfindung wird anhand zweier in den beiliegenden Zeichnungen gezeigter Ausführungsformen von Wärmetauschern näher erläutert. Es zeigt
Die in den Figuren 1 bis 6 gezeigte Ausführungsform eines sehr kompakt bauenden Wärmetauschers besteht im wesentlichen aus einem einstückig aus Kunststoff hergestellten Anschlusswasserkasten 1 mit einer Unterteilung in einen Vor- und einen Rücklaufraum und entsprechend angeformten Zu- und Ablaufstutzen und einem Umlenkwasserkasten 2, die miteinander über ein durch Luftleitlamellen 3 aus Aluminium zusammengehaltenes Rohrbündel von Wasserrohren 4 aus Metall und ein die Rohrenden einbettendes, aushärtbares Kunststoffmaterial 5 abgedichtet verbunden sind. Eine den Wärmetauscher an seinem Umfang umfassende Schaumstoffdichtung 6 dient zum Beispiel zur Anordnung des Wärmetauschers in einem Heizungsgehäuse eines Kraftfahrzeuges.
Die einstückig aus Kunststoff hergestellten Wasserkästen 1 und 2 sind an den Aussenseiten ihrer ebenen Böden 8 und 9 mit einer der Anzahl der Wasserrohre 4 entsprechenden Anzahl von hochragenden Rohrstutzen 10 versehen, die von im Abstand hierzu verlaufenden Ringstegen 11 umfasst werden. In die auf diese Weise zwischen den Rohrstutzen 10 und den Ringstegen 11 gebildeten axial offenen Ringnuten 12, die vorzugsweise einander übergreifend oder ineinanderlaufend ausgebildet sind, ist das aushärtbare Kunststoffmaterial 5, zum Beispiel Terokal 39 19 (eingetragenes Warenzeichen) der Firma Teroson, über eine entsprechende Verteilvorrichtung einbringbar.
Die Wasserrohre 4 aus Metall sind bei dieser Ausführungsform als Flachrohre ausgebildet, auf die eine Vielzahl von Luftleitlamellen 3 aus Aluminium aufgesteckt und nachfolgend durch Aufweiten der Rohre unter Innendruck festgelegt werden.
Gleichzeitig mit dem Aufweiten der flachen Wasserrohre 4 unter Innendruck werden die Rohre an ihren Rohrenden 13 über entsprechende Dorne aufgeweitet und mit einem ausgestellten Kragen 14 versehen. Die aufgweiteten Rohrenden 13 und die ausgestellten Kragen 14 sind in den Figuren 1 und 2 in den in den Kreisen A und B herausgestellten Details gezeigt.
Der Innendurchmesser der aufgeweiteten Rohrenden 13 wird hierbei etwas grösser als der Aussendurchmesser der Rohrstutzen 10 ausgeführt und der Aussendurchmesser der ausgestellten Kragen 14 wird etwas kleiner als der Innendurchmesser der Ringstege 11 ausgeführt.
Dadurch wird sichergestellt, dass das in die Ringnuten 12 eingebrachte aushärtbare Kunststoffmaterial 5 beim Aufstecken der Rohrenden 13 auf die Rohrstutzen 10 sowohl an der Inneseite als auch an der Aussenseite der Rohrenden 13 hochsteigt und so für eine dichte und feste Verbindung der Wasserrohre 4 in den Wasserkästen 1 und 2 sorgen kann.
Die Herstellung des beschriebenen Wärmetauschers umfasst hierbei die folgenden, zum Teil an sich bekannten Verfahrensschritte:
Zur Erläuterung dieser Verfahrensschritte wird darauf hingewiesen, dass bei dem erforderlichen Kippen der Wasserkästen 1 und 2 um 90° kein Auslaufen des fliessfähigen Kunststoffmaterials 5 zu befürchten ist, da die Lage der angrenzenden Luftleitlamellen 3 so gewählt ist, dass diese nach dem Zusammenfügen der Wasserkästen mit dem Rohrbündel die axial offenen Ringnuten 12 praktisch abschliessen. Für die kurze Zeit bis zum darauffolgenden Aushärten des Kunststoffmaterials ist diese Dichtwirkung ausreichend.
Die in den Figuren 7 bis 10 gezeigte Ausführungsform eines sehr einfach bauenden Wärmetauschers besteht im wesentlichen aus den gleichen Bauteilen wie der Wärmetauscher nach den Figuren 1 bis 6, so dass für gleiche oder ähnliche Bauteile die gleichen, nur mit einem Index versehenen Bezugszeichen verwendet werden.
Die in den Figuren 7 bis 10 gezeigte Ausführungsform eines Wärmetauschers weist in an sich bekannter Weise einen einzigen, einstückig aus Kunststoff hergestellten Anschlusswasserkasten 1' auf, der mit einem durch Luftleitlamellen 3' aus Aluminium zusammengehaltenen Rohrbündel von Wasserrohren 4' aus Metall über ein die Rohrenden einbettendes, aushärtbares Kunststoffmaterial 5' abgedichtet verbunden ist. Die Wasserrohre 4' sind hierbei in an sich bekannter Weise vom Vorlaufraum ausgehend und zum Rücklaufraum zurückkehrend U-förmig verlaufend ausgebildet. Die Wasserrohre 4' sind hierbei an ihren U-Bögen über eine Endplatte 7 festgelegt. Eine den Wärmetauscher umfassende Schaumstoffdichtung 6 dient wieder zur Anordnung des Wärmetauschers, zum Beispiel in einem Heizungsgehäuse eines Kraftfahrzeuges.
Der einzige, einstückig aus Kunststoff hergestellte Wasserkasten 1' ist hierbei ähnlich wie in Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 6 beschrieben, an der Aussenseite seines ebenen Bodens 8' mit einer der Anzahl der Rohrenden entsprechenden Anzahl von hochragenden Rohrstutzen 10' versehen, die von im Abstand hierzu verlaufenden Ringstegen 11' umfasst werden. In die auf diese Weise gebildeten, axial offenen Ringnuten 12', die vorzugsweise ineinander übergehend ausgebildet sind, ist das aushärtende Kunststoffmaterial 5, zum Beispiel Terokal 3919 (eingetragenes Warenzeichen), der Firma Teroson über eine entsprechende Verteilvorrichtung einbringbar.
Die Wasserrohre 4' aus Metall sind bei dieser Ausführungsform des Wärmetauschers als normale Rundrohre ausgebildet, in denen zur Erhöhung der Strömungsverwirbelung schraubenförmige Verwirbelungsstreifen 15 eingelegt sein können. Die Vielzahl von Luftleitlamellen 3' aus Aluminium werden wieder in bekannter Weise auf die Wasserrohre 4' aufgesteckt und durch Aufweiten der Rohre unter Innendruck festgelegt.
Gleichzeitig mit dem Aufweiten der Wasserrohre 4' unter Innendruck werden die Enden der Wasserrohre 4' über entsprechende Dorne mit ausgestellten Kragen 14' versehen. Die Ausbildung der Enden der Wasserrohre 4' ist hierbei aus den in den Figuren 7 und 8 in den Kreisen A' gezeigten Details zu ersehen.
Der Innendurchmesser der Wasserrohre 4' ist hierbei so gewählt, dass er etwas grösser als der Aussendurchmesser der Rohrstutzen 10' ist und der Aussendurchmesser der ausgestellten Kragen 14' ist so gewählt, dass er etwas kleiner als der Innendurchmesser der Ringstege 11' ist.
Dadurch wird wieder sichergestellt, dass die Wasserrohre 4' sowohl innen- als auch aussenseitig mit dem aushärtbaren Kunststoffmaterial 5' benetzt werden und für eine dichte und feste Verbindung zum Wasserkasten 1' sorgen.
Die Herstellung dieser Ausführungsform eines Wärmetauschers umfasst folgende zum Teil an sich bekannte Verfahrensschritte:
Dadurch, dass hier die abzudichtenden Rohrenden auf einer Seite liegen, wird der Material-und Fertigungsaufwand auf ein Minimum beschränkt.