[0001] Die Erfindung bezieht sich auf Wärmetauscher, insbesondere mit einem in einen Vor-
und Rücklaufraum unterteilten, einstückigen Anschlußwasserkasten und einem einstückigen
Umlenkwasser kasten aus Kunststoff, die über ein von Luftleitlamellen zusammengehaltenes
Rohrbündel von Wasserrohren aus Metall miteinander verbunden sind und wobei die Rohrenden
über ein in die Rohröffnungen erweiternde, rillenförmige Vertiefungen an der Außenseite
der Böden der Wasserkästen eingebrachtes, aushärtendes Kunststoffmaterial abgedichtet
befestigt sind.
[0002] Wärmetauscher der eingangs genannten Art sind bereits aus der DT-OS 23 02 769 und
DT-OS 23 02 770 bekannt.
[0003] Entsprechend einer Ausführungsform eines solchen Wärmetauschers werden einstückige
Anschluß- und Umlenkwasserkästen aus Kunststoff verwendet, die jedoch um die Rohrenden
über ein in die Rohröffnungen erweiternde rillenförmige Vertiefungen an den Außenseiten
der Böden der Wasserkästen eingebrachtes. aushärtendes Kunststoffmaterial abgedichtet
zu befestigen 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.
[0004] Diese Ausführungsform eines bekannten Wärmetauschers weist somit den Nachteil auf,
daß für die notwendigen Bodendeckel ein zusätzlicher Werkzeug-, Material- und Montageaufwand
erforderlich ist.
[0005] 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.
[0006] Diese Ausführungsform eines bekannten Wärmetauschers vermeidet zwar einen erhöhten
Materialaufwand, macht jedoch einen erhöhten Werkzeugaufwand für die geteilten Wasserkästen
erforderlich. Darüber hinaus 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.
[0007] Ergänzend wird noch darauf hingewiesen, daß es bei 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 DT-OS 25 09
717 zu entnehmen, wobei die hier aufgezeigten Kleber bzw aushärtbaren Kunststoffmaterialien
in sehr aufwendiger Weise über eine Formvorrichtung auf den Rohrboden aufgebracht
werden müssen.
[0008] 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, das aushärtbare Kunststoffmaterial
in einfacher Weise einbringbar ist und die Länge der Abdichtungsfugen auf das unbedingt
notwendige Minimum beschränkt bleibt.
[0009] Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, indem ein Wärmetauscher der eingangs
genannten Art die in den Patentansprüchen aufgezeigten Merkmale aufweist. .
[0010] Dadurch, daß die Außenseite der Böden der Wasserkästen mit einer Vielzahl von Rohrstutzen
versehen sind, die von im Abstand verlaufenden Ringstegen umfaßt sind und wobei in
den zwischen den Rohr stutzen und den Ringstegen gebildeten, axial offenen Ringnuten,
das aushärtbare Kunststoffmaterial einbringbar ist und die Rohrenden auf die Rohrstutzen
aufsteckbar und mit ihren ausgestellten Kragen in das Kunststoffmaterial einsenkbar
sind, wird die Herstellung der einstückigen Wasserkästen aus Kunststoff mit einfachen
Werkzeugen und wenig Material ermöglicht, das Einbringen des aushärtbaren Kunststoffmaterial
vereinfacht und die Länge der Abdichtungsfuge auf das unbedingt notwendige Minimum
beschränkt.
[0011] 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 zwischen den Rohrstutzen und der
Innenwand der Rohrenden etwas hochsteigt und somit die Rohrenden sowohl innen gegenüber
den Rohrstutzen als auch außen gegenüber den Ringstegen verankert. Auf diese Weise
wird eine absolut ichte und zugfeste Befestigung des Rohrbündels aus Wasserrohren
an den Wasserkästen aus Kunststoff erzielt.
[0012] Als aushärtbares Kunststoffmaterial hat sich hierbei ein Produkt der Firma Teroson
unter der Bezeichnung Terokal 3919 als günstig erwiesen. Es weist eine gute Fließ-
und Verteilfähigkeit auf und ist unter Erwärmung auf eine mäßige Temperatur von etwa
140 bis 200
0C innerhalb einer geringen Zeitdauer von etwa zwei Minuten aushärtbar.
[0013] Der gemäß der Erfindung vorgeschlagene Aufbau eines Wärmetauschers 4 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. Diesist der Fall, wenn der Wärmetauscher,
wie an sich bekannt, mit einem einzigen, in einen Vor-und einen Rücklaufraum unter
teilten, einstückigen 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.
[0014] Die Erfindung wird anhand zweier in den beiliegenden Zeichnungen gezeigter Ausführungsformen
von Wärmetauschern näher erläutert.
[0015] Es zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines sehr kompakt bauenden Wärmetauschers gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles II in Fig. 1;
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1;
Fig. 4 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles IV in Fig. 3;
Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 1;
Fig. 6 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles VI in Fig. 5;
Fig. 7 eine Seitenansicht eines sehr einfach bauenden Wärmetauschers gemäß der Erfindung;
Fig. 8 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles VIII in Fig. 7;
Fig. 9 einen Schnitt entlang der Linie IX-IX in Fig. 7 und
Fig. 10 eine.Ansicht in Richtung des Pfeiles X in Fig. 9.
[0016] 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 Unter - teilung 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.
[0017] 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, z. B.
Terokal 3919 der Firma Teroson, über eine entsprechende Verteilvorrichtung einbringbar.
[0018] 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.
[0019] 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 aufgeweiteten Rohrenden 13 und die ausgestellten
Kragen 1,4 sind in den Fig. 1 und 2 in den in den Kreisen A und B herausgestellten
Details gezeigt.
[0020] 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.
[0021] 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 Innenseite als auch an der Außenseite der Rohrenden 13 hochsteigt und so für
eine feste Verankerung der , Wasserrohre 4 in den Wasserkästen 1 und 2 sorgen kann.
[0022] Die Herstellung des beschriebenen Wäremtauschers umfaßt hierbei die folgenden, zumTeil
an sich bekannten Verfahrensschritte:
a) Herstellen der beiden einstückigen Wasserkästen 1 und 2 aus Kunststoff im Spritz-
oder Blasverfahren;
b) Herstellen des Rohrbündels durch Ablängen der Wasserrohre 4, Aufsetzen der Luftleitlamellen
3 und Aufweiten der Wasserrohre 4 unter Innendruck bei gleichzeitigem Aufweiten der
Rohrenden 13 und Herstellen der ausgestellten Kragen 14 über entsprechende Dorne.
c) Einbringen des aushärtbaren Kunststoffmaterials 5 in die axial offenen Ringnuten
12 der mit den Böden 8 und 9 nach oben liegenden Wasserkästen 1 und 2;
d) Anordnen des Rohrbündels zwischen den beiden Wasserkästen 1 und 2, Kippen der beiden
Wasserkästen 1 und 2 um 90 und Aufsetzen auf das Rohrbündel in der Weise, daß die
aufgeweiteten Rohrenden 13 auf die Rohrstutzen 10 aufgesteckt und die ausgestellten
Kragen 14 in das Kunststoffmaterial 5 eingesenkt werden;
e) Festlegen dieser Anordnung über entsprechende Vorrichtungen und Erwärmen der Verbindungsbereiche
auf eine Temperatur von etwa 140 bis 2000C über einen Zeitraum von ca 2 Minuten.
[0023] Zur Erläuterung dieser Verfahrensschritte wird darauf hingewiesen, daß bei dem erforderlichen
Kippen der Wasserkästen 1 und 2 um 90
0 kein Auslaufen des fließfähigen Kunststoffmat erials 5 zu befürchten ist, da erfindungsgemäß
die Lage der angrenzenden Luftleitlamellen 3 so gewählt ist, daß diese nach dem Zusammenfügen
der Wasserkästen mit dem Rohrbündel diese die axial offenen Ringnuten 12 praktisch
abschließen. Für die kurze Zeit bis zum darauffolgenden Aushärten des Kunststoffmaterials
ist diese Dichtwirkung ausreichend.
[0024] 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 denFiguren 1 bis 6, so daß für gleiche oder ähnliche Bauteile die gleichen, nur
mit einem Index versehenen Bezugszeichen verwendet werden.
[0025] 4 Die in den Figuren 7 bis 10 gezeigte Ausführungsform eines Wärmetauschers weist
in an sich bekannter Weise einen einzigen, einstückig aus Kunststoff hergestellten
Anschlußwasserkasten l' 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 Rückläufraum
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.
[0026] 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,
z. B. Terokal 3919 der Firma Teroson über eine entsprechende Verteilvorrichtung einbringbar.
[0027] Die Wasserrohre 4' aus Metall sind bei dieser Ausführungsform des Wärmetauschers
als normale Rundrohre ausgebildet, in denen zur Erhöhung der Strömungsverwirbelüng
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.
[0028] 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.
[0029] 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.
[0030] 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 Verankerung am Wasserkasten 1' sorgen.
[0031] Die Herstellung dieser Ausführungsform eines Wärmetauschers umfaßt folgende zum Teil
an sich bekannte Verfahrensschritte:
a) Herstellen des einzigen Wasserkastens l' einstückig aus Kunststoff im Spritz- oder
Blasverfahren;
b) Herstellen des Rohrbündels durch Ablängen und Biegen der Wasserrohre 4' , Aufsetzen
der Luftleitlamellen 3' und Aufweiten der Rohre durch Innendruck unter gleichzeitigem
Herstellen der ausgestellten Kragen 14' über entsprechende Dorne;
c) Einbringen des aushärtbaren Kunststoffmaterials 5' in die axial offenen Ringnuten
12' des mit dem Boden nach oben liegenden Wasserkastens 1' ;
d) Aufsetzen des Rohrbündels von oben in der Weise, daß die Rohrenden auf die Rohrstutzen
10 aufgesteckt und die ausgestellten Kragen 14' in das Kunststoffmaterial 5' eingesenkt
werden;
e) Erwärmen der Verbindungsbereiche auf eine Temperatur von etwa 140 bis 200°C über
einen Zeitraum von ca zwei Minuten.
[0032] Dadurch, daß hier die abzudichtenden Rohrenden auf einer Seite liegen, wird der Material-
und Fertigungsaufwand auf ein Minimum beschränkt.
1. 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 zusammengehaltene Rohrbündel von
Wasserrohren aus Metall miteinander verbunden sind und wobei die Rohrenden über ein
in die Rohröffnungen erweiternde, rillenförmige Vertiefungen an der Außenseite der
Böden der Wasserkästen eingebrachtes, aushärtbares Kunststoffmaterial abgedichtet
befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite der Böden (8 und 9) der
Wasserkästen (1 und 2) mit einer Vielzahl von Rohrstutzen (10) versehen sind, die
von in Abstand verlaufenden Ringstegen (11) umfasst sind und wobei in den zwischen
den Rohrstutzen (10) und den Ringstegen (11) gebildeten, axial offenen Ringnuten (12)
das aushärtbare Kunststoffmaterial (5) einbringbar ist und die Rohrenden (13) auf
die Rohrstutzen (10) aufsteckbar und mit ihren ausgestellten Kragen (14) in das Kunststoffmaterial
(5) einsenkbar sind.
2. , Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser
der Rohrenden (13) etwas größer als der Außendurchmesser der Rohrstutzen (10) und
der Außendurchmesser der ausgestellten Kragen (14) etwas kleiner als der Innendurchmesser
der Ringstege (11) ist.
3. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aushärtbare
Kunststoffmaterial (5) ein unter Erwärmung auf eine mäßige Temperatur von etwa 140
bis 200°C innerhalb einer geringen Zeitdauer von etwa zwei Minuten aushärtendes Material
ist.
4. Wärmetauscher, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem einzigen, in einen Vor,
und einen Rücklaufraum unterteilten, einstückigen Anschlußwasserkasten aus Kunststoff,
der mit einem von Luftleitlamellen zusammengehaltenen Rohrbündel von Wasserrohren
aus Metall über ein die Rohrenden einbettendes aushärtbares Kunststoffmaterial abgedichtet
verbunden ist, insbesondere nach den Kennzeichen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wasserrohre (4') in anäch bekannter Weise vom Vorlaufraum ausgehend und zum
Rücklaufraum zurückkehrend U-förmig verlaufend ausgebildet sind.
5. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers nach den An- - sprüchen 1 bis 3,
gekennzeichnet durch die Kombination folgender zum Teil an sich bekannter Verfahrensschritte:
a) Herstellen der beiden einstückigen Wasserkästen (1 und 2) aus Kunststoff im Spritz-
oder Blasverfahren;
b) Herstellen des Rohrbündels durch Ablängen der Wasserrohre (4), Aufsetzen der Luftleitlamellen
(3) und Aufweiten der Rohre durch Innendruck unter gleichzeitigem Aufweiten der Rohrenden
(13) und Herstellen der ausgestellten Kragen (14) über entsprechende Dorne;
c) Einbringen des aushärtbaren Kunststoffmaterials (5) in die axial offenen Ringnuten
(12) der mit den Böden (8 und 9) nach oben liegenden Wasserkästen (1 und 2);
d) Anordnen des Rohrbündels zwischen den beiden Wasserkästen (1 und 2), Kippen der
beiden Wasserkästen (1 und 2) um 900 und Aufschieben der Wasserkästen auf das Rohrbündel in der Weise, daß die Rohrenden
(13) auf die Rohrstutzen (10) aufgesbeckt und die ausgestellten Kragen (14) in das
Kunststoffmaterial (5) eingesenkt werden;
e) Fixieren dieser Anordnung und Erwärmen der Verbindungsbereiche auf eine Temperatur
von etwa 140 bis 200°C über einen Zeitraum von ca zwei Minuten.
6. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers nach Anspruch 4, gekennzeichnet
durch die Kombination folgender zum Teil an sich bekannter Verfahrensschritte:
a) Herstellen des einzigen, einstückigen Wasserkastens (1') aus Kunststoff im Spritz-
oder Blasverfahren;
b) Herstellen des Rohrbündels durch Ablängen und Biegen der Wasserrohre (4' ), Aufsetzen
der Luftleitlamellen (3') und Aufweiten der Rohre durch Innendruck unter gleichzeitigem
Herstellen der ausgestellten Kragen (14' ) über entsprechende Dorne;
c) Einbringen des aushärtbaren Kunststoffmaterials (5' ) in die axial offenen Ringnuten
(12' ) des mit dem Boden (8' ) nach oben liegenden Wasserkastens (1' );
d) Aufsetzen des Rohrbündels auf den Wasserkasten (1' ) in der Weise, daß die Rohrenden
auf die Rohrstutzen (10') aufgesteckt und die ausgestellten Kragen (14' ) in das Kunststoffmateriäl
(5' ) eingesenkt werden;
e) Erwärmen der Verbindungbereiche auf eine Temperatur von etwa 140 bis 200°C über
einen Zeitraum von ca zwei Minuten.