[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Flachrohrwärmetauscher gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1. Ein solcher Flachrohrwärmetauscher ist beispielsweise aus der DE-A1-37
20 483 (Fig. 4) bekannt. Die Erfindung betrifft ferner ein Herstellungsverfahren eines
solchen Flachrohrwärmetauschers, Anwendungen und Flachrohre zum Einbau in den erfindungsgemäßen
Flachrohrwärmetauscher.
[0002] Bei solchen bekannten Flachrohrwärmetauschern (vgl. auch die EP-B1-0 255 313 oder
die eigene EP-A2 0 374 896 der Anmelderin) sind die Schmalseiten der Flachrohre mit
einem Halbkreisbogen gerundet, dessen Radius dem halben Abstand d der Flachseiten
eines Flachrohres entspricht. Dies ist die meistgebrauchte Schmalseitenausbildung
von Flachrohrwärmetauschern, die für verschiedene Anwendungszwecke in Massenfertigung
hergestellt werden.
[0003] Zickzacklamellen und mit diesen äquivalente Lamellen - im folgenden teilweise auch
nur kurz Lamellen genannt - werden sandwichartig in der Folge Flachrohr - (Zickzack-)Lamelle
- Flachrohr - (Zickzack-)Lamelle - etc. seitlich nebeneinander geschachtelt. Diese
Anordnung ist nicht äquivalent mit dem Einstecken von Rohren in, meist mit Krägen
versehene, Lamellen von Lamellenpaketen, wo anders als bei den Flachrohrwärmetauschern
der Erfindung die Lamellen bzw. deren Krägen das jeweilige Rohr ringsum umgeben (vgl.
z.B. GB-A-538 018); die letztgenannte Anordnung ist daher im Rahmen der Erfindung
nicht mit in Betracht gezogen.
[0004] Daneben ist es noch bekannt, die Schmalseiten der Flachrohre rechteckig, mit abgerundeten
Kanten oder dachförmig mit stumpfem Scheitelwinkel des Daches auszubilden. In all
diesen Fällen sind die Zickzacklamellen nur mit den Flachseiten benachbarter Flachrohre
verlötet, und es besteht dementsprechend das Bestreben, die Erstreckungslänge dieser
Flachseiten möglichst groß zu wählen. Es kommt dabei jedoch vor, daß die nur an flachen
Flächen verlöteten Lamellen vor dem Verlöten verrutschen. Dies führt neben einer optischen
Störung der Oberfläche des Wärmetauschers zu einer vergrößerten realen Bautiefe desselben
und darüber hinaus gelegentlich sogar zu Störungen der wärmeleitenden Verbindung zwischen
den Flachrohren und den Lamellen.
[0005] Darüber hinaus erweisen sich die bekannten Profilierungen der Schmalseiten der Flachrohre
als nur bedingt strömungsgünstig bezüglich des die Lamellen durchstreichenden äußeren
Wärmetauschfluids, z.B. eines Luftstroms.
[0006] Schließlich sind die bekannten Profile der Schmalseiten der Flachrohre gegen Steinschlag
bei Anordnung im Motorraum eines Kraftwagens empfindlich.
[0007] Der Erfindung liegt daher zunächst die Aufgabe zugrunde, die Verbindungsgüte der
Lamellen mit den Flachrohren zu verbessern und dabei Gesichtspunkten der äußeren Strömungsdynamik
Rechnung zu tragen, wobei im Falle der Anwendung des Flachrohrwärmetauschers in einem
Kraftwagen auch die Steinschlaggefahr gemindert werden soll.
[0008] Diese Aufgabe wird bei einem Flachrohrwärmetauscher mit den Merkmalen des Oberbegriffs
von Anspruch 1 durch dessen kennzeichnenden Merkmale gelöst.
[0009] Indem nach der Erfindung die gerundeten Schmalseiten mit einer langgestreckteren
Rundung als bisher versehen werden, wird der c
W-Wert, d.h. der Widerstandsbeiwert des Wärmetauschers in bezug auf die Strömung des
äußeren Wärmetauschmediums, verringert und dadurch der Druckverlust des äußeren Wärmetauschmediums
reduziert. Dabei wird bei Einbau in Kraftfahrzeugen zugleich äußerer Steinschlag besser
abgeleitet, soweit er nicht unmittelbar den Scheitelbereich der gerundeten Schmalseiten
trifft. Darüber hinaus bieten die langgestreckten gerundeten Schmalseiten die Möglichkeit,
daß nunmehr die Lamellen nicht nur an den Flachseiten benachbarter Flachrohre anliegen,
sondern die Flachrohre auch noch über eine nennenswerte Länge des Profils formschlüssig
umgreifen und so gegen ein Verrutschen in Längsrichtung L des Flachrohrprofils vor
dem Verlöten durch Formschluß gesichert sind.
[0010] Bei den Flachrohrwärmetauschern, auf welche sich die Erfindung mit ihrem Oberbegriff
bezieht, ist die Längserstreckung 1 der halbkreisförmig gerundeten Schmalseite des
jeweiligen Flachrohres gleich dem halben Abstand d der Flachseiten des Flachrohres.
Die anderen erwähnten bekannten Flachrohrwärmetauscher haben sogar noch kleinere Werte
1. Dies ist kein Zufall, weil man bisher eine möglichst lange Verlötungsstrecke längs
der Flachseiten des Flachrohrprofils angestrebt hat. Die Erfindung geht bewußt von
diesem bisherigen Konstruktionsprinzip aller bekannten Flachrohrwärmetauscher ab zugunsten
der erwähnten neuen Wirkungen. Dabei wird darüber hinaus sogar die Verlötungsstrecke
der Lamellen längs des Flachrohrprofils noch vergrößert, da erstmalig eine Verlötung
auch in Teilbereichen der gerundeten Schmalseiten des Flachrohres erfolgt.
[0011] Mit den Merkmalen des Anspruchs 2 wird der erfindungsgemäße Effekt einer langgestreckten
Ausbildung der gerundeten Schmalseiten der Flachrohre noch wesentlich stärker ausgeprägt.
[0012] Es ist möglich, die langgestreckt gerundeten Schmalseiten der Flachrohre mit sich
kontinuierlich ändernder Krümmung zu gestalten, beispielsweise längs einer Ellipse.
Konstruktiv einfacher und zugleich für die praktischen Bedürfnisse völlig ausreichend
ist jedoch eine Zusammensetzung der Krümmung aus Kreisbögen unterschiedlicher Radien.
Dabei reicht es im Grenzfall völlig aus, einen ersten Kreisbogen zur Bildung des Scheitels
der gerundeten Schmalseite zu verwenden und den Anschluß dieses Kreisbogens durch
einen einzigen weiteren Kreisbogen zu beiden Seiten des Scheitels bis in die Flachseiten
vorzunehmen. Bei mehr als zwei Kreisbögen mit unterschiedlichem Radius erfolgt dann
entsprechend der Übergang vom Scheitel in die Flachseiten über eine Folge von Kreisbögen
mit vom Scheitel zu den Flachseiten jeweils zunehmendem Radius.
[0013] Rein theoretisch wäre es denkbar, die Lamellen mit den gerundeten Schmalseiten der
Flachrohre bis zum Scheitel der Flachrohre zu verlöten und insoweit die Umgreifung
der Flachrohre hundertprozentig zu gestalten. Aus materialtechnischen Gründen, nämlich
zum Vermeiden eines Reißens von Lamellen bei zu großer Verformung, wird jedoch vorzugsweise
die Maßnahme nach Anspruch 4 vorgesehen, die Lamellen mindestens bis an die beiden
Tangentialebenen an die Scheitelpunkte der Schmalseiten im nicht mit den Schmalseiten
verlöteten Bereich frei weiterzuführen.
[0014] Diesen Gedanken der freien Weiterführung kann man dabei nach Anspruch 5 noch steigern,
indem die weitergeführten Lamellenbereiche die gerundeten Schmalseiten der Flachrohre
mindestens teilweise nach außen hin abdecken und so einen zusätzlichen Beschädigungsschutz,
z.B. gegen Steinschlag bei Kraftfahrzeugen, bilden. Würde man nämlich bei den bekannten
Flachrohrwärmetauschern die nur an den Flachseiten angelöteten Lamellen über die gedachten
Tangentialebenen an die Scheitelpunkte der gerundeten Schmalseiten der Flachrohre
überstehen lassen, so erhielte man dabei rechteckig vorstehende Lamellenkonturen ohne
Überdeckung der gerundeten Schmalseiten der Flachrohre; dabei wären derartig überstehende
Lamellen mechanisch unstabil, da sie bis zu den verlöteten Bereichen mit den Flachseiten
der Flachrohre über eine relativ große Strecke frei hervorstehen. Da bei der erfindungsgemäßen
Anordnung eine Verlötung auch mit relativ großen Abschnitten der gerundeten Schmalseiten
der Flachrohre erfolgt, ist die freie Überstandsstrecke demgegenüber weitaus geringer,
was wiederum zu relativ größerer mechanischer Stabilität führt.
[0015] Anspruch 6 gibt einen konstruktiv besonders einfachen Weg der Schaffung des Überstandes
mit gutem Überdeckungsgrad mit einem konstruktiv schon vorhandenen Krümmungsradius
an. Dem steht nicht entgegen, daß man die Lehre des Anspruchs 5 auch mit unterschiedlichen
Krümmungsgraden, ja gegebenenfalls gar in linearer Fortsetzung hinter dem verlöteten
Bereich, erfüllen kann, je nachdem wie die gewünschten Abdeckungsverhältnisse der
gerundeten Schmalseiten der Flachrohre gewählt sind.
[0016] Jedenfalls kann man im Rahmen des Anspruchs 5 frei zwischen einer vollständigen oder
nahezu vollständigen Überdeckung der gerundeten Schmalseiten der Flachrohre und verbleibenden
zentralen Restspalten wählen.
[0017] Bei Flachrohrwärmetauschern der Bauart, auf die sich die Erfindung bezieht, besteht
allgemein das Problem, daß in Strömungsrichtung des äußeren Wärmetauschmediums die
Bautiefe des Sammlers größer ist als die Länge L des Profils des Flachrohres. Wenn
beispielsweise gemäß der EP-B1 0 255 313 der Sammler ein Rundrohr ist, bei dem die
Flachrohre in Schlitze dicht verlötet eingeschoben sind, trägt die durch den Sammler
bedingte zusätzliche Bautiefe in Strömungsrichtung des äußeren Wärmetauschmediums
mindestens das Doppelte der Wandstärke des Rundrohres, in Praxis noch zuzüglich eines
etwa eine weitere Wandstärke ausmachenden Einbauspiels. Bei einer Bautiefe von 16
mm im Bereich der Lamellenverrippung der Flachrohre kommt man dabei auf eine minimale
Bautiefe im Bereich der Sammler von 19 mm. Die Bautiefe im Bereich der Sammler ist
dabei das bestimmende Maß beim Einbau etwa in einen Kraftwagen. Allgemein besteht
dabei die Tendenz, dieses Einbaumaß so gering wie möglich zu halten, da davon die
Gesamtlänge des Kraftwagens bzw. dessen Motorraums einschließlich des mit dieser Längenproblematik
verbundenen Materialverbrauchs beim Kraftfahrzeugbau selbst abhängt. Eine Einsparung
von 3 mm Bautiefe im Sammlerbereich führt je nach Fahrzeugtyp zu einer Einsparung
von 10 bis 20 kg Fahrzeuggewicht, insbesondere Blech.
[0018] Auch wenn man nicht wie im Falle der zuletzt erwähnten EP-B1 0 255 313 integrale
Rundrohre benutzt, sondern den Sammler aus zwei (oder mehr) Teilen zusammensetzt,
ergibt sich eine vergleichbare Problematik. So ergibt der in dieser Hinsicht auch
schon optimierte Sammler gemäß dem eigenen deutschen Gebrauchsmuster G 90 15 090.2
im Sammlerbereich unter Einschluß des Montagespiels auch einen Bautiefenüberstand
von drei bis vier Wandstärken des Sammlers.
[0019] Diese beiden bekannten Sammlerbauarten verkörpern dabei das Optimum dessen, was man
an Bautiefeneinsparung im Sammlerbereich bisher bei Flachrohrwärmetauschern mit den
Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 für erreichbar gehalten hat.
[0020] Die erfindungsgemäße langgestreckte Gestaltung der gerundeten Schmalseiten der Flachrohre
ermöglicht es nun, im Sinne von Anspruch 7 die in die Schlitze eines Sammlers beliebiger
Bauart eingesteckten Enden der Flachrohre durch Verformung in Längsrichtung L des
Flachrohrprofils so weit zu verjüngen, daß dabei der sonst auftretende Bautiefenüberstand
des Sammlers mindestens teilweise oder ganz kompensiert werden kann, im Grenzfall
sogar eine geringere Bautiefe des Sammlers als die Länge L des Flachrohrprofils denkbar
ist. Dem entsprechen die Angaben von Anspruch 10, während die Ansprüche 8 und 9 zwei
alternative bevorzugte Verformungsergebnisse beschreiben.
[0021] Als Materialien für die Flachrohre, die Lamellen und die Sammler kommen alle in diesem
Zusammenhang bekannten Metalle oder Metallersatzstoffe in Frage. So könnte man gegebenenfalls
den Sammler beispielsweise auch aus einem Kunststoff herstellen, wenn die Verlötungsmöglichkeit,
oder ein Äquivalent, sichergestellt ist, im Falle des Kunststoffs z.B. eine Kunststoffverschweißung.
In erster Linie kommen, wie auch schon beim Stand der Technik, die Materialien gemäß
Anspruch 11 in Frage.
[0022] Praktisch besonders interessant ist der Fall, daß die Flachrohre Strangpreßprofile
sind. Dabei kann man beispielsweise auch innere Versteifungen, wie die bekannten Zwischenstege,
bei der Strangpreßfertigung mit gewinnen und so in einem Arbeitsgang das ganze Flachrohr
als Massenartikel herstellen. Daneben ist es noch bekannt, Flachrohre mehrteilig mit
Einfügung gesonderter Versteifungen zu fertigen.
[0023] Insbesondere für den Fall der Herstellung der Flachrohre als Strangpreßprofile, aber
auch allgemein, sind die Maßangaben der Ansprüche 14 bis 17 bevorzugt und entsprechen
in ihren Größenordnungen auch im Vergleich mit Wettbewerbs-Wärmetauschern nach derzeitigem
Stand der Technik optimalen Bedingungen. Entsprechendes gilt bezüglich der Lamellendicke
für Anspruch 18.
[0024] Anspruch 19 ergibt eine zusätzliche mechanische Verfestigung in Ergänzung zu deren
besserer Verlötung an den Flachrohren.
[0025] Es ist bisher schon bekannt, Flachrohre, die keine Zwischenversteifung besitzen,
nach Einstecken in Schlitze eines Sammlers mechanisch aufzuweiten. Dies ist bei solchen
Flachrohren bekannt, die in druckarmen Wasserkühlern oder Heizungswärmetauschern bei
Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Damit kann man die Dichtheit der Flachrohre gegen
den Sammler und die Sicherheit der Verlötung verbessern.
[0026] Die Merkmale des Verfahrensanspruchs 22 übertragen diese Möglichkeit nunmehr auch
auf solche erfindungsgemäße Flachrohre, welche zwischen ihren Flachseiten Zwischenversteifungen,
insbesondere Querstege, aufweisen. Die entsprechende Verformung der Enden der in die
Schlitze eingesteckten Flachrohre läßt sich nämlich besonders gut bei Wärmetauschern
mit den Merkmalen der Ansprüche 20 und 21 gemäß der Erfindung vornehmen. Insbesondere,
aber nicht ausschließlich, ist dabei das Verfahren nach Anspruch 23 vorgesehen, welches
zu einem Wärmetauscher mit den Merkmalen mindestens von Anspruch 9 führt.
[0027] Die erfindungsgemäßen bzw. erfindungsgemäß hergestellten Wärmetauscher finden ihre
Hauptanwendungsgebiete als Massenartikel in den Anwendungsfällen der Ansprüche 24
und 25. Daneben kommen aber auch andere bekannte Anwendungen, wie beispielsweise als
Kühler oder als Verdampfer, in Frage. Wegen der in Frage kommenden Stückzahlen sind
auch dabei Anwendungsfälle im Kraftfahrzeugbau bevorzugt, ohne daß Anwendungsbereiche
in anderen Anwendungsfeldern, gegebenenfalls auch stationären Anordnungen, ausgeschlossen
sein sollen.
[0028] Die Erfindung bezieht sich gemäß Anspruch 26 auch auf Flachrohre zum Einbau in einen
erfindungsgemäßen Flachrohrwärmetauscher.
[0029] Die langgestreckte Ausbildung der gerundeten Schmalseiten der Flachrohre des erfindungsgemäßen
Flachrohrwärmetauschers ergibt dann, wenn man gleichartige Flachrohre eng nebeneinander
anordnet, relativ stetige Übergangskonturen.
[0030] Der Weiterbildungsidee der Ansprüche 26 bis 29 liegt die Aufgabe zugrunde, Flachrohre
für den erfindungsgemäßen Flachrohrwärmetauscher in für Massenfertigung geeigneter
Weise schnell und einfach herstellen und bereitstellen zu können.
[0031] Diese Aufgabe wird bei Flachrohren mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch
26 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.
[0032] Bei einer solchen erfindungsgemäßen verketteten Anordnung der Flachrohre läßt sich
eine Vielzahl derselben gleichzeitig und vorzugsweise zunächst mit unbestimmter Länge
herstellen. Dabei kommt neben Spritz- und Gießverfahren insbesondere die einheitliche
Herstellung im Strangpreßverfahren in Frage, nachdem sich ein Erzeugnis gemäß Anspruch
27 ergibt.
[0033] Zur Verkettung der einzelnen Flachrohrelemente zunächst unbestimmter Länge - gegebenenfalls
aber auch schon auf eine bestimmte Länge eingestellt, wie etwa bei Herstellung durch
Gießen oder Spritzen - reicht es aus, wenn die Materialbrücken die in Anspruch 28
angegebenen geringen Maße hinsichtlich Materialstärke und/oder Länge der jeweiligen
Materialbrücken haben. Daraus ergibt sich z.B. die Möglichkeit, die verkettete Anordnung
der Flachrohre gemäß Anspruch 29 zwischenzuspeichern und gegebenenfalls zu transportieren,
da große Biegeflexibilität an den gelenkartigen Verbindungen an den Materialbrücken
zwischen den einzelnen Flachrohren gegeben ist. Auch lassen sich verkettete Flachrohre
wesentlich besser und platzsparender aufrollen als einzelne Flachrohre.
[0034] Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen
noch näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Flachrohrwärmetauscher gemäß der Erfindung in Strömungsrichtung
des äußeren Wärmetauschmediums, insbesondere von Luft;
Fig. 2 eine Seitenansicht des Flachrohrwärmetauschers gemäß Fig. 1 in Erstreckungsrichtung
der Sammler;
Fig. 3 eine Darstellung des Profils eines Flachrohres, wie es in der Ausführungsform
nach den Fig. 1 und 2 Verwendung findet;
Fig. 4 in vergrößerter Darstellung eine Teilansicht von Fig. 3 mit angelöteter Lamelle;
Fig. 5 einen vergrößerten Teilschnitt nach der Linie V-V in Fig. 1;
Fig. 6 einen vergrößerten Teilschnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 1 durch einen Sammler
und ein Endstück eines in den Sammler eingesteckten Flachrohres;
Fig. 7a in vergrößerter Darstellung einen Profilabschnitt eines Flachrohres unter
Einschluß einer gerundeten Schmalseite sowie die
Fig. 7b und 7c zwei alternative Stauchungszustände des Flachrohrabschnittes nach Fig.
7a; sowie
Fig. 8 einen Querschnitt durch ein vereinzeltes Glied einer verketteten Anordnung
von Flachrohren.
[0035] Der Flachrohrwärmetauscher 2 gemäß Fig. 1 weist zwei parallele Sammler 4 auf, welche
ohne Beschränkung der Allgemeinheit die Bauart des deutschen Gebrauchsmusters G 90
15 090.2 haben. Die Sammler haben zueinander parallele Rohrböden 6, die in äquidistanten
Abständen und bei den beiden Sammlern einander gegenüberliegend mit Schlitzen 8 versehen
sind. In diese Schlitze 8 greifen Enden 10 jeweils eines Flachrohres 12 ein. Die Flachrohre
12 sind dabei mit den Sammlern 4 gasdicht und damit auch flüssigkeitsdicht verlötet.
Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die zueinander parallelen Flachseiten 14
der Flachrohre 12 in Längsrichtung L des Flachrohrprofils in Strömungsrichtung (Pfeil
A) des äußeren Wärmetauschmediums verlaufen. Die Flachrohre 12 sind mit einer Wärmetauschverrippung
in Gestalt von Zickzacklamellen 16, oder der sandwichartigen Einbauart Flachrohr -
Lamelle - Flachrohr - Lamelle - etc. nach mit solchen Zickzacklamellen äquivalenten
anderen Lamellen, versehen, die an ihren den Flachseiten 14 der Flachrohre 12 benachbarten
Rändern 18 mit den Flachseiten 14 der Flachrohre 12 verlötet sind.
[0036] Der Umfang des jeweiligen Sammlers 4 ist aus zwei Bauteilen 20 und 22 zusammengesetzt,
von denen das Bauteil 20 den Rohrboden bildet. Der Rohrboden 20 weist die Schlitze
8 für die Aufnahme der in sie eingesteckten Flachrohrenden 10 auf, von denen im Querschnitt
nach Fig. 6 nur eines zu sehen ist. Das zweite Bauteil 22 ergänzt zusammen mit dem
ersten Bauteil 20 den Umfang des Sammlers 4. Stirnseitig sind meist gesonderte Kappen
am Sammler 4 aufgesteckt; man könnte jedoch auch diese Kappen integral an eines der
Bauteile 20 oder 22 anformen. Gesonderte Kappen sind jedoch sinnvoll vorzusehen, wenn
in bevorzugter Weise das zweite Bauteil 22 ein Strangpreßprofil ist.
[0037] Das erste Bauteil 20 ist zweckmäßig beidseitig hartlotbeschichtet. Das zweite Bauteil
22 ist zweckmäßig lotfrei ausgebildet.
[0038] Beide Bauteile 20 und 22 überlappen sich in zwei sich längs des Sammlers 4 erstreckenden
Verbindungszonen 24 in drei Lagen, wobei in der Überlappungszone insbesondere eine
Hartlotverbindung unter Verwendung der Hartlotbeschichtung des ersten Bauteils 20
vorhanden ist.
[0039] Man erkennt aus Fig. 6, daß das Flachrohrende 10 so tief in den Sammler durch den
jeweiligen Einsteckschlitz 8 eingesteckt ist, daß noch etwa parallele Wandstege 26
über die innenliegende Stirnseite 28 der Flachrohre 12 hinausragen. Das hat zur Folge,
daß auch die beiden Verbindungszonen 24 über den Stirnseiten 28 gelegen sind. Die
Wandstege 26 werden jeweils von einer gabelförmigen Ausbildung 30 an den beiden Rändern
des zweiten Bauteils 22 umfaßt und bilden im dreilagigen Verbindungsbereich die jeweilige
Verbindungszone 24.
[0040] Der jeweils innenliegende Arm 32 der gabelförmigen Ausbildung 30 ist bei dieser Anordnung
bereits weiter innen als die Schmalseiten der Mündung 28 der Flachrohre 12 angeordnet,
so daß die Wandstärke des innenliegenden Arms 32 der gabelförmigen Ausbildung 30 zu
der Bautiefe nichts mehr beiträgt, andererseits entsprechend den Festigkeitsverhältnissen
ungeschwächt ausgebildet werden kann. Der jeweils außenliegende Arm 34 der gabelförmigen
Ausbildung 30 kann dann, wie bereits erwähnt, mit geringerer Wandstärke ausgebildet
sein, wie dies auch in Fig. 6 dargestellt ist. Mit dem Grund der gabelförmigen Ausbildung
30 ist dabei der jeweils außenliegende Arm 34 über eine Sollbiegelinie in Form einer
Längsnut 36 an der Innenseite des außenliegenden Arms 34 am Grund der gabelförmigen
Ausbildung 30 zusammenhängend, so daß der außenliegende Arm 34 leicht auswärts gespreizt
werden kann. Dies fördert eine an sich angestrebte Klemmverbindung zwischen den beiden
Armen 32 und 34 der gabelförmigen Ausbildung 30 einerseits und den Wandstegen 26 andererseits.
[0041] Das erste Bauteil 20 wird vorteilhaft mit seinen Schlitzen 8 als Flachteil gefertigt
und von vornherein mit der beidseitigen Lotbeschichtung 38 versehen und dann erst
aufgewölbt. Anschließend werden zweckmäßig die Flachrohre 12 in die Aufnahmeschlitze
8 eingesteckt und in diesen mechanisch aufgeweitet. Dann wird, wie dies weiter unten
noch mehr im einzelnen erläutert ist, das zweite Bauteil 22 mit seinen gabelförmigen
Ausbildungen 30 auf die Wandstege 26 des ersten Bauteils 20 aufgeschoben. Schließlich
werden die erforderlichen Hartlotverbindungen einerseits in den Verbindungszonen 24
und andererseits zwischen den Flachrohren 12 und den Aufnahmeschlitzen 8 in einem
Lötofen gebildet.
[0042] Der eine Sammler 4 ist mit mindestens einer Trennwand 52 sowie an einer Seite der
Trennwand mit einem Einlaß 54 und an der anderen Seite der Trennwand mit einem Auslaß
56 für ein inneres Wärmetauschmedium versehen. Wenn dann der andere Sammler ohne eine
derartige Trennwand ausgebildet ist, fließt das innere Wärmetauschmedium vom Einlaß
54 durch den angeschlossenen Teil des Sammlers und die daran angeschlossenen Flachrohre
12 bis zum gegenüberliegenden Sammler und dann durch die anderen Flachrohre 12 zurück
in die andere Abteilung des erstgenannten Sammlers und aus diesem aus dem Auslaß 56
heraus. In bekannter Modifikation kann man auch den erstgenannten Sammler mit mehr
als einer Trennwand und den anderen Sammler dann ebenfalls mit mindestens einer Trennwand,
im allgemeinen dann einer um eins verminderten Anzahl von Trennwänden, so versehen,
daß das innere Wärmetauschmedium mehrfach durch kleinere Gruppen von Flachrohren hin
und her zwischen den Sammlern gelenkt wird. Schließlich kann man auch bei Verwendung
einer hinreichenden Anzahl von Trennwänden in einem Sammler, der mit Einlaß 54 und
Auslaß 56 versehen ist, auf den zweiten Sammler ganz verzichten und diesen gegebenenfalls
durch Haarnadelumleitungen ersetzen.
[0043] Das Profil der Flachrohre 12 ist aus Fig. 3 in Verbindung mit den Fig. 4 und 5 ersichtlich.
[0044] In der Schnittebene der Fig. 3 hat das Profil eine Profillänge L. Das Profil ist
dabei spiegelbildlich zur gedachten Längsmittelebene B-B ausgebildet, zu deren beiden
Seiten sich parallele Profilwände 40 erstrecken, die außen die beiden zueinander parallelen
Flachseiten 14 bilden. Die parallelen Wände 40 sind dabei durch senkrecht zu ihnen
stehende Zwischenstege 42 gegeneinander versteift, wobei hier ohne Beschränkung der
Allgemeinheit im ganzen vier äquidistante Zwischenstege vorgesehen sind. Die parallelen
Wände 40 setzen sich in gerundeten Wänden 44 fort, die in einem Scheitel 46 des Profils
enden und gemeinsam gerundete Schmalseiten 50 des Profils ergeben. Die Längserstreckung
einer dieser gerundeten Schmalseiten in Richtung des Maßes L hat hier jeweils das
Maß 1. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 schließen die gerundeten Schmalseiten
50 an den am weitesten außenliegenden Zwischensteg 42 an. Dies ergibt sich hier aus
der Konstruktion des Bereichs des Scheitels 46 mit einem äußeren Kreisbogen mit dem
Radius r1 und jeweils zu beiden Seiten des Scheitels anschließenden Kreisbögen mit
einem äußeren Radius r2, der tangential in die Flachseiten 14 einmündet. Bei dieser
Konstruktion ergibt sich ein Innenradius r3, welcher bei stranggepreßten Flachrohren
aus praktischen Herstellungsgründen nicht kleiner als 0,2 mm gewählt ist. Über die
Wandstärke ergibt sich dabei der Radius r1 mit r3 zuzüglich der Wandstärke, hier r1
= 0,6 mm (Wandstärke des Flachrohres 0,4 mm), während r2 = 7 mm gewählt ist.
[0045] Die Darstellung von Fig. 3 ist dabei etwa im Verhältnis 1 : 8 maßstabgetreu.
[0046] Wie besonders deutlich aus Fig. 3 wird, sind die Lamellen 16 nicht nur mit den Flachseiten
14 der Flachrohre 12, sondern auch noch mit den Bereichen 58 der gerundeten Schmalseiten
verlötet, und zwar bei der in Fig. 3 gewählten Konstruktion aus zwei Kreisbögen r1
und r2 längs der gesamten Länge der beiden Kreisbögen mit Radius r2.
[0047] Aus den Fig. 4 und 5 ist in Strichelung eine gedachte Tangentialebene C an die nebeneinander
liegenden Scheitel 46 benachbarter Flachrohre 12 zu entnehmen. Aus Fig. 3 ersieht
man ferner, daß sich die Lamellen 16 zu beiden Seiten der gerundeten Schmalseite 50
in Nachbarschaft des Kreisbogens mit dem Radius r1 mit dem Radius r2 frei weiter erstreckt,
und zwar nicht nur bis zur Tangentialebene C, sondern noch über diese hinaus. Dabei
bilden die an der Stirnseite des Wärmetauschers geradlinig miteinander fluchtenden
Kanten 60 der Lamellen 16 zwischen sich nur noch einen kleinen Spalt 62 gegenüber
dem Scheitel 46 des Flachrohres.
[0048] Im Anschluß an die Kanten 60 ist die Lamelle 16 mit einer Wellung 64 versehen, die
gegenüber der sonst im wesentlichen ebenen Lamellenebene beidseitig vorspringt und
den frei von den Flachrohren hervorspringenden Lamellenbereich steift. Dieser Bereich
ist sowieso relativ klein, da ja gemäß Fig. 3 die Lamelle bis nahe an ihren Scheitel
46, d.h. im Bereich des ganzen Kreisbogens mit dem Radius r2, verlötet ist.
[0049] Gemäß Fig. 6 ist ferner die Länge S des jeweiligen Schlitzes 8 im Sammler 4 kleiner
als die Länge L des Profils gemäß Fig. 3 des Flachrohres im Bereich der Verrippung
mit den Lamellen 16. Die Enden 10 der Flachrohre können trotzdem in die Schlitze 8
eingesteckt werden, weil sie gegenüber dem sonstigen Profil gemäß Fig. 3 der Flachrohre
12 eingezogen sind. Die Enden 10 der Flachrohre 12 gehen dabei über eine außerhalb
des Sammlers gelegene Übergangszone 66 in das normale Profil der Flachrohre gemäß
Fig. 3 über.
[0050] Die Möglichkeit der Einziehung der Enden 10 der Flachrohre beruht auf der gewählten
Gestalt der gerundeten Schmalseiten 50 der Flachrohrprofile. Wenn diese in Längsrichtung
ihres Profilquerschnittes gemäß Fig. 7b oder Fig. 7c gestaucht werden - was in praktisch
verwertbarer Weise nur aufgrund der relativ langgestreckten Gestalt der gerundeten
Schmalseiten 50 der Profile möglich ist -, erhalten die Rohrenden 10 eine verkleinerte
wirksame Länge, die ein Einstecken in die Schlitze 8 ermöglicht.
[0051] Die Fig. 7b und 7c veranschaulichen dabei zwei bevorzugte Möglichkeiten dieser Längsstauchung
der Profile. Nach Fig. 7b erfolgt die Verformung unter Rohrstauchung an den gerundeten
Schmalseiten 50 in Längsrichtung der Flachrohrprofile unter Beibehaltung der Länge
der neutralen Faser 68 (strichpunktiert eingezeichnet). Nach Fig. 7c erfolgt demgegenüber
die Verformung unter Rohrstauchung an den gerundeten Schmalseiten 50 in Längsrichtung
der Flachrohrprofile bei gleichzeitiger Stauchung der Materialwandstärke, so daß die
strichpunktiert eingezeichnete neutrale Faser sich verkürzt. Man erkennt dabei eine
Materialansammlung insbesondere in den Eckbereichen der Stirnseiten des gestauchten
Profils, wie dies etwa an einer Ecke mit dem Bezugszeichen 70 angedeutet ist. Diese
Stauchungsart kann dabei so weit gehen, daß sich im Scheitelbereich des gestauchten
gerundeten Abschnitts 50 eine zentrale Falte 72 bildet. Wenn man dann den nächstkommenden
Zwischensteg 42 freischneidet, wie dies durch den gestrichelt eingezeichneten Einschnitt
74 in Fig. 7c dargestellt ist, kann man das in den Schlitz 8 eingreifende Ende 10
des Flachrohres durch einen Aufweitdorn gegen den in Fig. 7c gestrichelt eingezeichneten
Rand des Schlitzes 8 aufweiten und dabei die zunächst gebildete Falte 72 wieder strecken
und dabei in gerade Anlage an die Schmalseite des Randes des Schlitzes bringen. Die
Länge der zunächst gebildeten Falte kann dabei nutzbar gemacht werden, um beim Aufweiten
die sonst besonders kritischen Eckbereiche des Schlitzes zu füllen. Diese Art der
Aufweittechnik setzt dabei eine zweiteilige Ausbildung des Sammlers aus den beiden
Bauteilen 20 und 22 voraus, wobei dann das deckelartige Bauteil 22 nach dem Aufweiten
auf das den Rohrboden bildende Bauteil 20 aufgesetzt wird.
[0052] Auch im Außenbereich ist die Schmalseite des Flachrohres bezüglich der Güte der Verlötung
kritisch. Der Übergangsbereich 66 in das eingezogene Ende 10 bildet dabei mit dem
Rohrboden 20 einen relativ spitzwinkligen Winkel, der zur Lotaufnahme besonders geeignet
ist. Der Übergangsbereich 66 kann außerdem als toleranzausgleichender Anschlag zu
einem formschlüssigen Einführen der Rohrenden 10 in die Schlitze 8 des Sammlers 4
dienen.
[0053] Gemäß Fig. 8 werden zunächst mehrere Flachrohre 12, z.B. beim Strangpressen, in einer
Ebene nebeneinander angeordnet und miteinander an den Scheiteln 46 ihrer gerundeten
Schmalseiten 50 jeweils durch eine Materialbrücke 80 miteinander verkettet, von der
in Fig. 8 nur die nach Vereinzelung durch Durchtrennen der Materialbrücken verbliebenen
Brückenreste dargestellt sind. Die jeweilige Materialbrücke 80 hat eine geringe Materialstärke
und eine geringe Länge in der Erstreckungsebene der Flachrohre 12. Die Maße sind dabei
abgesehen von der gewünschten Funktion der verketteten Anordnung der Flachrohre 12
so gewählt, daß die ganze verkettete Anordnung als integrales Strangpreßprofil unbestimmter
Länge hergestellt werden kann. Dies betrifft insbesondere die Mindestmaße der Materialbrücken
80. Die Maximalstärke der Materialbrücke 80 ist dabei so gewählt, daß an der Trennlinie
ein Abreißen, Abdrücken, Abscheren, Abschneiden oder dergleichen bekannter Trennvorgang
stattfinden kann. Funktionell ist weiter bei der Bemessung folgendes zu berücksichtigen:
Zum einen soll die verkettete Anordnung der Flachrohre 12 mit zunächst noch unbestimmter
Länge als integrales Strangpreßteil auf einem Kern aufgewickelt werden können, um
es zwischenlagern und gegebenenfalls transportieren zu können.
[0054] Zum anderen sollen, wie dargestellt, nur geringe Reste vom Material der Materialbrücken
80 verbleiben, wenn man jeweils ein Paar benachbarter Flachrohre 12 längs einer einzigen
Trennlinie 82 voneinander abtrennt.
[0055] Mit 58 sind noch diejenigen Abschnitte bezeichnet, an denen bei dem erfindungsgemäßen
Flachrohrwärmetauscher die Verlötung mit den nicht dargestellten Lamellen des ebenfalls
nicht dargestellten Flachrohrwärmetauschers erfolgt. Auch die Längserstreckung 1 der
jeweiligen gerundeten Schmalseite 50 des jeweiligen Flachrohres 12 sowie der Abstand
d der Flachseiten 14 des jeweiligen Flachrohres 12 entsprechen den Angaben bei der
Beschreibung des erfindungsgemäßen Flachrohrwärmetauschers. Die Erstreckungsrichtung
der Materialbrücken 80 ist dabei sinngemäß in Richtung der Längserstreckung 1 zu verstehen.
1. Flachrohrwärmetauscher (2) mit mehreren Flachrohren (12), deren Schmalseiten (50)
gerundet sind, und mit zwischen den Flachseiten (14) der Flachrohre (12) sandwichartig
eingeschachtelten Zickzacklamellen (16), die an ihren den Flachseiten benachbartern
Rändern (18) mit den Flachseiten der Flachrohre verlötet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Längserstreckung 1 der jeweiligen gerundeten Schmalseite (50) des jeweiligen
Flachrohres (12) größer ist als der halbe Abstand d der Flachseiten (14) des Flachrohres
(12) und
daß die Zickzacklamellen (16) auch mit Abschnitten (58) beider gerundeten Schmalseiten
(50) des Flachrohres (12) verlötet sind.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längserstreckung 1
größer ist als der Abstand d der Flachseiten (14).
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rundung der
Schmalseite (50) aus Kreisbögen verschiedenen Radius (r1, r2), vorzugsweise Kreisbögen
mit zwei verschiedenen Radien, zusammengesetzt ist, wobei ein Kreisbogen mit minimalem
Radius (r1) den Scheitel (46) der Schmalseite (50) bildet und Kreisbögen jeweils zunehmenden
Radius (r2) beidseitig anschließen.
4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zickzacklamellen
(16) sich von den mit den gerundeten Schmalseiten (50) verlöteten Bereichen (58) frei
mindestens bis an die beiden gedachten Tangentialebenen (C) an die Scheitelpunkte
(16) der gerundeten Schmalseiten erstrecken.
5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zickzacklamellen (16)
mindestens an einer Schmalseite (50) der Flachrohre (12) über die betreffende gedachte
Tangentialebene (C) überstehen.
6. Wärmetauscher nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der sich frei erstreckende
Bereich der Zickzacklamelle (16) dem letzten Krümmungsradius (r2) im mit der gerundeten
Schmalseite (50) verlöteten Bereich (58) folgt.
7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit mindestens einem Sammler (4) mit
Schlitzen (8), in die benachbarte Enden (10) der Flachrohre (12) unter dichter Verlötung
eingesteckt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (8) jeweils eine geringere
Länge (S) als die Flachrohre (12 % Länge L) zwischen den Scheitelpunkten (46) ihrer
gerundeten Schmalseiten (50) innerhalb ihrer Verrippung mit den Zickzacklamellen (16)
haben und daß längs der Eingriffsstrecken der Enden (10) der Flachrohre (12) in dem
Sammler (4) die im Bereich der Verrippung gerundeten Schmalseiten (50) der Flachrohre
(12) derart verformt sind, daß die Flachrohre (12) jeweils eine der Schlitzlänge (S)
entsprechende verringerte Länge haben.
8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung eine Rohrstauchung
an den gerundeten Schmalseiten (50) in Längsrichtung der Flachrohrprofile unter Beibehaltung
der Länge der neutralen Faser (68) darstellt (Fig. 7b).
9. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung eine Rohrstauchung
an den gerundeten Schmalseiten (50) in Längsrichtung der Flachrohrprofile bei gleichzeitiger
Stauchung der Materialwandstärke darstellt, so daß sich die neutrale Faser (68) verkürzt
(Fig. 7c).
10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bautiefe
des Sammlers in Strömungsrichtung (A) des äußeren Wärmetauschmediums längs der Zickzacklamellen
(16) höchstens um ein geringeres Maß als die doppelte seitliche Wandstärke des Sammlers
(4) größer ist als die Bautiefe der Flachrohre (12) im Bereich deren Verrippung.
11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachrohre
(12), die Zickzacklamellen (16) und/oder der jeweilige Sammler (4) aus Al oder einer
Al-Legierung, vorzugsweise AlMn1, bestehen.
12. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachrohre
(12) Strangpreßprofile sind.
13. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke
der Flachrohre (12) im Bereich von 0,2 bis 0,6 mm liegt.
14. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachrohre
(12) im Bereich ihrer Verrippung eine Querschnittslänge L von 12 bis 25 mm, vorzugsweise
15 bis 20 mm, haben.
15. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß beide
gerundeten Schmalseiten (50) der Flachrohre (12) zusammen 40 bis 50 % von deren Querschnittslänge
L ausmachen.
16. Wärmetauscher nach nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß
der Abstand d der Flachseiten (14) des jeweiligen Flachrohres (12) 2 bis 4 mm beträgt.
17. Wärmetauscher nach nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß
am Scheitelpunkt (46) der gerundeten Schmalseite des jeweiligen stranggepreßten Flachrohres
(12) der Innenradius mindestens 0,2 mm und der Außenradius mindestens 0,6 mm beträgt.
18. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Zickzacklamellendicke
0,12 bis 0,2 mm beträgt.
19. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die freien
Ränder der Zickzacklamellen (16) eine aus der sonstigen Zickzacklamellenebene beidseitig
herausragende Wellung (64) aufweisen.
20. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachrohre
(12) mit Zwischenversteifungen (Querstege 42) zwischen ihren Flachseiten (14) ausgebildet
sind.
21. Wärmetauscher nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenversteifungen
Querstege (42) sind, vorzugsweise in gegenseitigem Abstandsmaß von 1 bis 2 d.
22. Verfahren zum Herstellen eines Flachrohrwärmetauschers (12) nach Anspruch 20 oder
21, bei dem Enden (10) der Flachrohre (12), die eine Zwischenversteifung zwischen
ihren Flachseiten aufweisen, in Schlitze (8) eines Sammlers (4) eingesteckt und mit
diesem über ein Bindemittel dicht verbunden werden, wobei die Enden der Flachrohre
von ihrer Zwischenversteifung (42) freigeschnitten werden, dadurch gekennzeichnet,
daß zunächst die Enden (10) der Flachrohre (12) in die Schlitze (8) des Sammlers (4)
eingesteckt werden, dann das Freischneiden der Enden (10) der Flachrohre (12) von
ihrer Zwischenversteifung (42) vorgenommen wird, danach die freigeschnittenen Enden
gegen den Schlitzumfang des Sammlers (4) aufgeweitet werden und schließlich die Verbindung
der aufgeweiteten Enden (10) der Flachrohre (12) mit dem Sammler (4) durch Erhitzen
einer als das Bindemittel dienenden Lotbeschichtung des Sammlers (4, 20) hergestellt
wird.
23. Verfahren nach Anspruch 22 zum Herstellen eines Wärmetauschers mindestens nach Anspruch
9, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die gerundeten Schmalseiten (50) der in den
Sammler (4) eingreifenden Enden (10) der Flachrohre (12) so weit gestaucht werden,
daß sich im Scheitelbereich (46) des gestauchten gerundeten Abschnittes (50) eine
zentrale Falte (72) bildet und daß dann die Aufweitung gegen den Schlitzumfang des
Sammlers unter Streckung der zentralen Falte (72) vorgenommen wird.
24. Anwendung eines Wärmetauschers nach einem der Ansprüche 1 bis 21 oder eines nach dem
Verfahren der Ansprüche 22 oder 23 hergestellten Wärmetauschers (2) als Verflüssiger
einer Fahrzeugklimaanlage.
25. Anwendung eines Wärmetauschers nach einem der Ansprüche 1 bis 21 oder eines nach dem
Verfahren der Ansprüche 22 oder 23 hergestellten Wärmetauschers (2) als Motor-, Getriebe-
oder Hydraulik-Ölkühler eines Kraftfahrzeugs.
26. Flachrohre zum Einbau in einen Flachrohrwärmetauscher, deren Schmalseiten (50) gerundet
sind, und mit zwischen den Flachseiten (14) der Flachrohre (12) angeordneten Zickzacklamellen,
die an ihren den Flachseiten benachbarten Rändern mit den Flachseiten der Flachrohre
verlötet sind,
wobei nach einem der Ansprüche 1 bis 21 die Längserstreckung l der jeweiligen gerundeten
Schmalseite (50) des jeweiligen Flachrohres (12) größer ist als der halbe Abstand
d der Flachseiten (14) des Flachrohres (12) und die Lamellen auch mit Abschnitten
(58) beider gerundeter Schmalseiten (50) des Flachrohres (12) verlötet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die Flachrohre (12), die aus gleichem Material bestehen, über Materialbrücken
(80) aus ihrem Material an den Scheiteln (46) ihrer gerundeten Schmalseiten (50) miteinander
verkettet sind.
27. Flachrohre nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander über die
Materialbrücken (80) verketteten Flachrohre ein integrales Strangpreßprofil bilden.
28. Flachrohre nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbrücken
(80) eine Materialdicke von 0,05 bis 0,3 mm, vorzugsweise von 0,15 mm, und/oder eine
Länge von 0,05 bis 0,3 mm, vorzugsweise von 0,2 mm, haben.
29. Flachrohre nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf
einem Kern in miteinander verketteter Anordnung aufgewickelt sind.