[0002] Dieser Wärmeübertrager ist aus dem
EP 864 840B1 und aus anderen Veröffentlichungen bekannt. Der aus dem
EP 864 840 B1 bekannte Wärmeübertrager besitzt keine Rohrböden sondern aufgeweitete Rohrenden,
die blockartig aneinander gefügt sind. Der Abschlussrand jedes Sammelkastens umgreift
bündig abschließend den Block aus Rohrenden. Der bekannte Wärmeübertrager besitzt
den Vorteil, dass etwas weniger Werkstoff, bspw. Aluminiumblech, eingesetzt werden
könnte, da - wie erwähnt - Rohrböden nicht vorhanden sind. Das Einsatzgewicht des
Wärmeübertragers wird dadurch jedoch nur unwesentlich reduziert, weil das Aufweiten
der Rohrenden vergleichsweise größere Wanddicken der Flachrohre erfordert, wodurch
die erwähnten Einsparungen zum Teil wieder rückgängig gemacht werden. Ferner wird
wegen der Durchführung des Umformvorganges an jedem einzelnen Rohrende ein nicht unwesentlicher
Mehraufwand erzeugt. Es kann auch angenommen werden, dass die bekannte Konstruktion
löttechnische Probleme bereitet, die sich in zu hohen Ausschuss - oder Nacharbeitsraten
auswirken, wenn nicht ganz besonders sorgfältige Vorbehandlungen für den Lötprozess
durchgeführt werden. In vorteilhafter Weise wurde in einem der Sammelkästen des bekannten
Wärmeübertragers eine Trennwand in dessen Quer - bzw. Tiefenrichtung eingesetzt, die
eine U-förmige Durchströmung desselben gestattet, die für manche Applikationen gewünscht
wird. Die dort vorgeschlagene Ausbildung der Trennwand mit einem Haltefuß, der auf
benachbarte Flachrohrwände gesteckt wird, erscheint allerdings zwar möglich, jedoch
relativ aufwendig zu sein.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Wärmeübertragers, der
den Einsatz von Flachrohren mit dünneren Wanddicken gestattet, bzw. der wenigstens
einen der oben erwähnten Nachteile zumindest abschwächen kann.
Die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich bei dem Wärmeübertrager dadurch, dass er mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 ausgestattet wird.
Weil die Sammelkästen mit in Abständen angeordneten Vorsprüngen ausgestattet sind,
die im Bereich der Schmalseiten in die Enden der Flachrohre eingreifen, können Rohre
mit dünneren Wanddicken eingesetzt werden, da eine Aufweitung der Rohrenden nicht
vorgenommen werden muss.
Eine Trennwand erstreckt sich entweder quer oder längs zwischen wenigstens zwei Reihen
von Vorsprüngen, wobei die Begriffe "quer" bzw. "längs" selbstverständlich auch "schräg"
umfassen können. Ferner wurde der Vorteil erzielt, dass die löttechnisch kritischen
Verbindungsstellen gut zugänglich sind, weshalb sie im Bedarfsfall nachbehandelt werden
können. In einer zweiten Lötoperation können Leckagen beseitigt werden. Es wurde allerdings
in zahlreichen Versuchen auch festgestellt, dass die Lötergebnisse vergleichsweise
hervorragend sind, sodass der Umfang für Nachbehandlungen sehr gering ausfällt. In
funktioneller Hinsicht weist der erfindungsgemäße Wärmeübertrager ein ausgesprochen
vorteilhaftes Verhältnis zwischen seiner gesamten Querschnittsfläche zur effektiven
Wärmetauschfläche auf. Es kann deshalb der zur Verfügung stehende Bauraum gut ausgenutzt
werden.
Es ist vorgesehen, dass die Enden der Flachrohre in Öffnungen von Rohrhaltern stecken,
wobei die Flachrohre beidseitig der Rohrhalter einen Überstand aufweisen. Im Unterschied
zu den Öffnungen in bekannten Rohrböden, werden die Flachrohrenden in den Öffnungen
der Rohrhalter nicht um den gesamten Umfang vom Öffnungsrand eingefasst.
Dabei ist es besonders von Vorteil, dass die Sammelkästen an den Rändern der Rohrhalter
anliegen, wobei die Vorsprünge im Bereich der Überstände in die Enden der Flachrohre
eingreifen, wobei sie innen in den Schmalseiten der Flachrohre anliegen.
Jeder Sammelkasten kann aus zwei schalenartigen Teilen bestehen, die in einer Mittellängsebene
des Wärmetauschers oder in einer dazu parallelen Ebene miteinander verbunden sind.
Dabei können stirnseitige Öffnungen vorhanden sein oder nicht vorhanden sein. Die
wenigstens eine Trennwand kann zwischen den beiden schalenartigen Teilen eingefügt
werden.
Der Sammelkasten kann aber auch ein Teil sein, welches lediglich zwei Abkantungen
aufweist und zu den Stirnseiten des Wärmeübertragers hin offen ist. Der Sammelkasten
könnte ferner aber auch ein Teil sein, das wie ein Napf gezogen worden ist, also keine
stirnseitigen Öffnungen besitzt.
Es ist möglich, dass das eine schalenartige Teil identisch mit dem anderen schalenartigen
Teil ausgebildet wird, wobei die Verbindung der zwei Teile etwa in der Mittellängsebene
des Wärmeübertragers angeordnet ist. Dass an einem der schalenartigen Teile ein Stutzen
oder dergleichen ausgebildet sein könnte und an dem anderen Teil nicht bleibt hier
unberücksichtigt.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das eine schalenartige Teil schalenartig ausgebildet
ist und das andere schalenartige Teil etwa eben gestaltet ist, wobei die Verbindung
der zwei Teile in einer zur Mittellängsebene parallelen Ebene liegt. In diesem Zusammenhang
sei gesagt, dass die Trennwand, die zwischen den schalenartigen Teilen eingefügt wird,
entweder eben sein kann oder ihrerseits ebenfalls mit einer oder mehreren Abkantungen
ausgebildet werden kann. Damit wird erreicht, dass die Verbindung der Trennwand mit
dem Rohrhalter nicht in derselben Ebene liegt wie die Verbindung der Trennwand mit
den schalenartigen Teilen. Im Sinne des vorliegenden Vorschlags sind also im Wesentlichen
ebene Teile auch schalenartige Teile. Im Sinne des Vorschlags muss die Mittellängsebene
oder eine dazu parallele Ebene nicht wirklich eben sein. Der Begriff zeigt lediglich
eine quer durch die Breitseiten der Flachrohre sich erstreckende Orientierung an.
Die Verbindung der Teile könnte zum Beispiel entlang einer gewellten Ausbildung der
Verbindungsränder der Teile vorgenommen werden
Es ist vorgesehen, dass die schalenartigen Teile geeignete Mittel aufweisen, mit denen
sie löt - oder schweißgerecht zusammengehalten werden, wobei auch die Trennwand provisorisch
gehalten wird. Die Mittel können als am Rand der Teile angeordnete Laschen und Kerben
oder dergleichen ausgebildet sind, die beim Zusammenfügen der Teile ineinander greifen
Die Mittel können demgegenüber als an wenigstens einem der Teile ausgebildete, nach
innen gerichtete Umformungen gestaltet sein, die so ausgeführt sind, dass sich die
Teile unter Zwischenfügung der Trennwand verbinden lassen, beispielsweise im Sinne
eine Vorfixierung zusammen stecken lassen. Die Trennwände stützen sich auf der Oberfläche
der Rohrhalter ab. Sie können ebenfalls mit Vorsprüngen ausgestattet werden, die in
die Flachrohre eingreifen. Die Trennwand kann auch in Schlitze im Rand der Rohrhalter
eingesteckt werden.
Weitere Merkmale gehen aus den beigefügten Patentansprüchen hervor.
[0004] Bei dem Wärmeübertrager, der in den Figuren dargestellt ist, soll es sich um einen
mittels Kühlluft gekühlten Ladeluftkühler für Kraftfahrzeuganwendungen handeln, ohne
damit andere Wärmeübertrager und deren Anwendungen irgendwie ausschließen zu wollen.
Ganz im Gegenteil, andere Wärmeübertrager und deren Anwendungen sind ausdrücklich
vorgesehen jedoch in den Figuren nicht gezeigt worden. Es kann sich beispielsweise
auch um einen Kühlflüssigkeitskühler für Kraftfahrzeuganwendungen handeln, bei dem
die Notwendigkeit zur Ausbildung bestimmter Durchströmungscharakteristiken, die mittels
der/den Trennwand/Trennwänden erreicht werden, möglicherweise in der Praxis häufiger
auftritt als bei Ladeluftkühlern. Nachfolgend wird deshalb oftmals von Kühler gesprochen,
womit der Wärmeübertager im breitesten Sinne gemeint sein soll. Auch solche Wärmeübertrager,
die für unterschiedliche durch die Flachrohre
1 strömende Medien ausgelegt sind.
Wie dem Fachmann bestens geläufig ist, besitzt der Kühler am Sammelkasten
3 eine Eintritts-oder Austrittsöffnung
35 für beispielsweise zu kühlende Ladeluft oder für Kühlflüssigkeit und am anderen nicht
gezeichneten Sammelkasten
3 kann sich ebenfalls eine oder auch mehrere Eintritts - oder Austrittsöffnungen
35 befinden. Die Kühlluft strömt im Sinne des Blockpfeils durch die Wellrippen
2, die zwischen den Breitseiten
12 der Flachrohre
1 angeordnet sind. Es wird von Eintritts -
oder Austrittsöffnungen
35 gesprochen, weil sich mit Hilfe einer oder auch mehrerer Trennwände
10 in einem oder in beiden Sammelkästen
3 und abhängig davon, ob die Öffnung
35 ein Eintritt oder ein Austritt ist ganz unterschiedliche innere Durchströmmuster
des Kühlers einstellen, wie sie für konkrete Anwendungen wünschenswert sind. In der
Fig. 1 wurden nur einige unterschiedliche Durchströmmuster mittels verschiedener Linienführung
der Pfeile beispielhaft angedeutet. Mit inneren Durchströmmustern sind solche gemeint,
die durch in den Flachrohren
1 strömende beispielsweise Kühlflüssigkeit ausgebildet sind. Die Flachrohre
1 sind nicht näher spezifiziert. Es soll sich jedoch vorzugsweise um Flachrohre
1 handeln, die getrennte innere Strömungskanäle
8 besitzen, um so genannte Mehrkammerrohre, wobei die Kammern mit Hilfe eines Inneneinsatzes
im Flachrohr oder auch mit Hilfe von festen Trennwänden im Flachrohr, wie sie beispielsweise
bei extrudierten Flachrohren anzutreffen sind, ausgebildet sein können. Dieses wurde
in der Fig. 6 in lediglich zwei der zahlreichen Flachrohrenden angedeutet. Vorzugsweise
soll es sich auch um lediglich eine Reihe von Flachrohren
1 handeln, unabhängig von der Tiefe des aus Flachrohren
1 und Rippen
2 gebildeten Kühlnetzes. Durch diese Bemerkung soll das Vorsehen mehrerer Flachrohrreihen
in einem Wärmeübertrager jedoch nicht grundsätzlich ausgeschlossen sein.
Der Zusammenbau des in den Figuren gezeigten Kühlers kann beispielsweise wie folgt
vorgenommen werden. Die Flachrohre
1 werden abwechselnd mit den Wellrippen
2 (Fig4) zu einem Stapel zusammengesetzt. Dann werden Rohrhalter
4 an beiden Enden der Flachrohre
1 angesetzt. Die Rohrhalter
4 weisen Öffnungen
40 auf, die sich bis in den Rand
41 der Rohrhalter
4 erstrecken, wodurch sich die Rohrhalter
4 unter anderem von sonst üblichen Rohrböden unterscheiden. Die Öffnungen
40 können erforderlichenfalls und in bekannter Weise mit einem kragenartigen zu den
Wellrippen
2 hinweisenden Durchzug versehen sein, um die Verlötung mit den Flachrohrenden zu verbessern.
Die Flachrohrenden müssen nicht nach innen zum Sammelkasten
3 hin überstehen. (nicht deutlich erkennbar) Das Ansetzen der Rohrhalter
4 kann so erfolgen, dass die Rohrhalter
4 quer zu ihrer Längsrichtung auf die Enden der Flachrohre
1 geschoben werden. Die Flachrohre
1 haben einen vom Maß her geringfügigen aber funktionsmäßig wichtigen Überstand
5 über die beiden Längsränder
41 des Rohrhalters
4. Dann werden an beiden gegenüberliegenden Enden der Flachrohre
1 die Sammelkästen
3 mit den Trennwänden
10 an den Rohrhaltern
4 angefügt.
Die Sammelkästen
3 bestehen gemäß dem Ausführungsbeispiel aus den Fig. 1 - 3 aus zwei schalenartigen
Teilen
31 und
32. Beide schalenartigen Teile
31, 32 sind mit einer etwa identischen Schalenform ausgebildet worden. Im Unterschied dazu
könnte auch ein etwa ebenes Teil mit einem schalenartigen Teil zur Bildung des Sammelkastens
3 herangezogen werden. (nicht gezeigt)
Da in dem gezeigten Ausführungsbeispiel nach dem Zusammenfügen der beiden schalenartigen
Teile
31, 32 zwei stirnseitige Öffnungen
33 verbleiben, müssen nicht gezeigte Verschlusskappen oder dergleichen verwendet werden.
Die zwei den Sammelkasten
3 bildenden schalenartigen Teile
31, 32 sind mit in Abständen angeordneten Vorsprüngen
30 ausgestattet, die im Bereich der Schmalseiten
11 in die Enden der Flachrohre
1 eingreifen. Die Abstände der Vorsprünge
30 entsprechen exakt den Abständen der Flachrohre
1, sodass die Sammelkästen
3 in Längsrichtung der Flachrohre
1 auf die Enden derselben geschoben werden können, wobei jeder Vorsprung
30 in ein Flachrohrende eingreift, und zwar exakt in den jeweiligen oben erwähnten Überstand
5. Die erwähnten Vorsprünge
30 sind in zwei Reihen von Vorsprüngen
30 vorhanden, die mit
A und
B gekennzeichnet wurden. Zwischen den beiden schalenartigen Teilen
31, 32 befindet sich eine Trennwand
10, die in diesem Ausführungsbeispiel eine Längstrennwand
10 ist. Als geeignetes Mittel der Wahl zur Fixierung der Längstrennwand
10 vor dem Löten des Kühlers, wurde auch die Trennwand
10 mit in Abständen angeordneten Vorsprüngen
15 versehen. (Fig.2 und 3) Diese Vorsprünge
15 sind dafür gedacht, ebenfalls in die Flachrohre
1 eingesteckt zu werden, und zwar - im Ausführungsbeispiel - etwa in der Mitte zwischen
den beiden Schmalseiten
11 der Flachrohre, ansonsten jedoch nicht zwangsläufig in der Mitte, sondern dort, wo
die gewünschte Position der Trennwand
10 sein soll. In diesem Zusammenhang sei nochmals darauf hingewiesen, dass die Flachrohre
1 in Längsrichtung sich erstreckende Strömungskanäle
8 (Fig. 6) aufweisen, so dass die Vorsprünge
15 der Trennwand
10 eine gleich - oder gegensinnige Durchströmung in ausgewählten Bereichen der Flachrohrquerschnitte
bewirken können.
Wie insbesondere die Fig. 2 und 6 erkennen lassen, hat man die Vorsprünge
30 am Sammelkasten
3 mit einer entsprechenden leicht konischen Form ausgebildet, damit dieselben einerseits
leichter in die Flachrohrenden gleiten können und andererseits aber auch dort dicht
anliegen, damit gute Lötergebnisse erreicht werden. Der Erfinder hat die Ränder der
Vorsprünge
30 sogar recht scharfkantig ausgebildet, weil festgestellt wurde, dass sich vorhandene
Längentoleranzen der Flachrohre
1 dadurch gut kompensieren lassen, indem die scharfen Kanten der Vorsprünge
30 sich in die Rohrwand der etwas längeren Flachrohre
1 einschneiden, was zu der erwähnten Kompensation der Toleranzen führt. Darüber hinaus
wurde festgestellt, dass die Vorsprünge
30 am Sammelkasten
3 die Rohrwände unter Spannung halten, wodurch das so genannten "Einfallen" der Flachrohre
1 während des Lötprozesses verhindert wird. Das "Einfallen" kann zu fehlerhaften Lötverbindungen
führen. Es ist erkennbar, dass sich in jedem Flachrohrende
1 zwei Vorsprünge
30 befinden, die sich jeweils in den beiden Schmalseiten
11 innen anschmiegen, und zu der erwähnten Zugspannung in der Rohrwand führen.
Im Übrigen möchte die Anmelderin auf die gegenwärtig noch nicht veröffentlichte internationale
Patentanmeldung
PCT/EP 2006 /001487 aufmerksam machen. Dort sind weitere Einzelheiten, ausgenommen die Trennwand, gezeigt
und beschrieben worden.
In den beiden schalenartigen Teilen
31, 32 wurden nach innen gerichtete Umformungen
65 ausgebildet, die einerseits bekanntermaßen die Stabilität verbessern, weshalb auch
die Teile
31, 32 recht dünnwandig ausgebildet werden können. Andererseits ist beabsichtigt, mittels
der nach innen gerichteten Umformungen Einfluss auf die Strömungsverteilung zu nehmen.
Bekanntlich werden die mittleren Rohre eines Wärmetauschers oftmals besser durchströmt
als diejenigen, die am Rand liegen. Dadurch wird einerseits ein unerwünschtes Temperaturgefälle
hervorgerufen und andererseits oft auch nicht die maximal mögliche Kühlleistung erzielt.
Diesen Nachteilen soll durch eine gezielte Geometrie der Umformungen
65 begegnet werden. Die Umformungen
65 wurden gleichzeitig so ausgebildet, dass eine weitere provisorische Halterung der
Trennwand
10 zwischen den Teilen
31, 32 erreicht wird, wie die Darstellungen zeigen können. Dazu wurde die Trennwand
10 mit einem Loch
16 versehen.
Es könnten für die provisorische Halterung auch am Rand der Teile
31, 32 und/oder am Rand der Trennwand
10 angeordnete umbiegbare Laschen oder dergleichen zum Einsatz kommen. Die Umformungen
65 könnten auch entfallen. (nicht gezeigt)
In den Fig. 4-6 wurde ein Ausführungsbeispiel mit einer sich etwa quer zwischen den
beiden Reihen
A und
B aus Vorsprüngen
30 ersteckenden Trennwand
10 dargestellt. Hier wurde ein leicht herstellbares zweifach abgekantetes Teil als Sammelkasten
3 eingesetzt, womit jedoch nicht ausgedrückt sein soll, dass eine Quertrennwand
10 solche Sammelkästen
3 erfordert und eine Längstrennwand zwei schalenartige Teile
31, 32 als Sammelkasten
3 erfordern. Vielmehr ist erkennbar, dass hier Raum für Modifikationen vorhanden ist.
Es wurden zwei gegenüberliegende Schlitze
42 am Rand
41 des Rohrhalters
4 vorgesehen, in die die Trennwand
10 eingesetzt werden kann. Die Schlitze
42 und demzufolge auch die Position der Quertrennwand
10 befinden sich vorzugsweise zwischen zwei Flachrohren
1. Die Anordnung derselben im Bereich eines Flachrohrquerschnitts ist nicht grundsätzlich
ausgeschlossen.