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Die
Erfindung betrifft ein Flachrohr, insbesondere für einen Wärmetauscher, nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Aus
dem Bau von Wärmetauschern
ist es bekannt, insbesondere aus Aluminium bestehende Flachrohre
mit mehreren Kammern zu verwenden, die auf verschiedene Weise herstellbar
sind. Bekannt sind Extrusionsverfahren und Verfahren, bei denen ein
Blechstreifen oder Blechband zu einem Flachrohr gefaltet wird.
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US 4,633,056 A beschreibt
ein Flachrohr für einen
Wärmetauscher,
bei dem eine z-förmige
Faltung eines Blechstreifens eine Trennwand zwischen zwei benachbarten
getrennten Kammern des Tauscherrohres ausbildet. Die Enden des z-förmig gefalteten
Blechstreifens werden umgeschlagen und stoßen zur Umschließung der
Kammern wieder im Bereich der z-förmigen Faltung an. In diesem
Anstoßbereich
werden die Endbereiche verlötet
oder mittels Elektronenstrahl verschweißt. Dies bedeutet einen erheblichen
Aufwand bei der Herstellung der Flachrohre.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, ein Flachrohr für einen Wärmetauscher anzugeben, das
mechanisch stabil ist und zugleich einfach und kostengünstig herstellbar.
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Diese
Aufgabe wird für
ein eingangs genanntes Flachrohr erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die Plattierung des Blechstreifens mit einem Lotmaterial ist
die Verlötung
der anstoßenden
Enden zu den geschlossenen Kammern des Flachrohres erheblich vereinfacht.
Der Blechstreifen muss lediglich zum Flachrohr gebogen werden und
kann dann als ganzes, ggf. sogar vormontiert zu einem Wärmetauscher,
in einem Lötofen
verlötet
werden, da die Lötplattierung
sich bereits auf dem Wandungsmaterial des Flachrohrs befindet.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist die Plattierung nur auf einer von zwei gegenüberliegenden Seiten des Blechstreifens
angeordnet. Alternativ oder ergänzend
ist die Plattierung auf einem in der Längsrichtung streifenförmigen Teilbereich
zumindest auf einer Seite des Blechstreifens angeordnet. Insgesamt
kann hierdurch je nach Anforderungen sichergestellt werden, dass
zum einen nur wenig Lotplattierung verwendet wird und zum anderen
die Innenwände
der Kammern weitgehend von Lotplattierung freigehalten werden. Besonders
bevorzugt beträgt
dabei eine Breite des Teilbereichs nicht wesentlich mehr als etwa
die Hälfte
einer Breite des Blechstreifens. Hierdurch kann ein Flachrohr mit zwei
Kammern vorgesehen werden, bei dem die Innenwände der Kammern weitgehend
lotfrei sind und eine Lotplattierung nur auf etwas mehr als der
Hälfte einer
einzigen Seite des Blechstreifens vorliegt. Grundsätzlich ist
es im Sinne der Erfindung auch möglich,
nur kleine Teilbereiche mit Lot zu plattieren, die im Wesentlichen
den späteren
Lötstellen
entsprechen. Ein solcher partieller Auftrag ist jedoch in der Herstellung
aufwendig.
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Allgemein
bevorzugt weist eine innere Oberfläche der Kammern weitgehend
keine Lotplattierung auf. Eine solche Lotplattierung kann je nach
in den Rohren geführtem
Fluid eine Kontamination des Fluids bewirken oder ungünstige Eigenschaften
auf die Korrosionsfestigkeit des Flachrohrs haben. Dies gilt insbesondere
bei sehr dünnen
Flachrohrwänden,
wie sie zum Zweck der Einsparung von Material und Gewicht insbesondere
bei Wärmetauschern
für Kraftfahrzeuge
Verwendung finden.
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Zudem
ist es allgemein vorteilhaft vorgesehen, dass eine äußere Oberfläche des
Flachrohrs weitgehend mit dem Lotmaterial plattiert ist. Die äußere Oberfläche kann
somit auf einfache Weise mit Rippenblechen oder ähnlichen Elementen verlötet werden
oder auch in seinen Endbereichen mit einem Bodenblech des Wärmetauschers.
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Zur
Verbesserung der Lebensdauer des Flachrohres kann vorteilhaft vorgesehen
sein, dass der Blechstreifen eine Beschichtung mit einem von dem
Lotmaterial verschiedenen, korrosionshemmenden Material aufweist.
Ein solches korrosionshemmendes Material kann z. B. eine Beschichtung
auf Basis von Zink sein. Grundsätzlich
kann eine solche korrosionshemmende Beschichtung auch auf der Lotplattierung
aufgebracht sein, was jedoch häufig eine
Verringerung der Wirksamkeit der Schutzbeschichtung bedeutet. Besonders
vorteilhaft ist daher die Schutzbeschichtung in Bereichen aufgebracht,
in denen keine Lotplattierung vorliegt, insbesondere im Bereich
der inneren Oberflächen
der Kammern des Flachrohrs.
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Hinsichtlich
der Bemaßungen
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Flachrohrs
ist vorgesehen, dass eine Breite des Flachrohrs im wesentlichen
durch die z-förmige
Faltung bestimmt ist und zwischen etwa 0,5 mm und etwa 10 mm, besonders
bevorzugt zwischen etwa 0,8 mm und etwa 4 mm, beträgt. Die
Dicke des Blechstreifens beträgt
dabei bevorzugt zwischen etwa 0,1 mm und etwa 2 mm und besonders
bevorzugt zwischen etwa 0,15 mm und etwa 0,6 mm. Eine Tiefe des
Flachrohrs in der Tiefenrichtung beträgt vorteilhaft zwischen etwa
6 mm und etwa 100 mm, besonders bevorzugt zwischen etwa 10 mm und etwa
50 mm. Ein Durchmesser einer der Kammern in der Tiefenrichtung beträgt vorteilhaft
zwischen etwa 3 mm und etwa 50 mm und besonders bevorzugt zwischen
etwa 5 mm und etwa 25 mm. Solche Maße sind insbesondere im Bau
von Wärmetauschern
von Kraftfahrzeugen üblich.
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Allgemein
vorteilhaft ist es vorgesehen, dass das Flachrohr eine gerade Anzahl
von Kammern aufweist. Bei einer solchen Ausbildung lässt sich
eine besonders einfache und effektive Verfaltung des Blechstreifens
unter Verwendung von z-förmigen
Faltungen zur Bereitstellung von Trennwänden zwi schen benachbarten
Kammern realisieren. Bei einer ersten besonders bevorzugten Ausführungsform
beträgt
die Anzahl der Kammern dabei genau zwei. Bei einer alternativen
Ausführungsform
beträgt
die Anzahl der Kammern genau vier.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend
beschriebenen Ausführungsbeispielen
sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
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Nachfolgend
werden mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele
eines erfindungsgemäßen Flachrohrs
beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Flachrohrs,
wobei drei Schritte einer Herstellung gezeigt sind.
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2 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Flachrohrs.
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3 zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Flachrohrs.
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4 zeigt
eine Abwandlung des Flachrohrs aus 3.
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5 zeigt
eine schematische Schnittdarstellung eines Wärmetauschers mit erfindungsgemäßen Flachrohren.
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6 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Flachrohrs
mit vier Kammern.
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7 zeigt
eine schematische Schnittansicht eines Wärmetauschers mit Flachrohren
gemäß dem Ausführungsbeispiel
aus 6.
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1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Flachrohrs,
das aus einem Blechstreifen 1 auf Basis einer Aluminiumlegierung
hergestellt ist. Der Blechstreifen 1 hat einen im Wesentlichen
rechteckigen Querschnitt. Eine Längsrichtung
des Blechstreifens bzw. des Flachrohrs verläuft senkrecht zur Zeichnungsebene
nach 1.
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Der
Blechstreifen 1 ist auf jeder seiner gegenüberliegenden
Seiten vollständig
mit einer Lotplattierung 2, 3 beschichtet. Zur
Herstellung des Flachrohrs aus dem Blechstreifen 1 wird
zunächst eine
z-förmige
Faltung 4 im mittleren Bereich des Blechstreifens 1 vorgenommen.
Die Höhe
der Faltung 4 bestimmt dabei im Wesentlichen die Breite des
fertigen Flachrohrs. Nachfolgend werden linksseitige und rechtsseitige
Endbereiche 5, 6 des Blechstreifens 1 um
90° gefaltet,
wobei die Längen
der Endbereiche 5, 6 nicht größer sind als die Höhe der z-förmigen Faltung 4.
Die Bereiche des Blechstreifens links und rechts der Faltung 4 werden
zur Ausbildung zweier geschlossener Kammern 7, 8 des Flachrohrs
um 180° umgeschlagen.
Dabei berühren die
abgewinkelten Endbereiche 5, 6 mit ihren Außenflächen jeweils
die Trennwand 4 an deren gegenüberliegenden Seiten. Das so
vorgefaltete Flachrohr (siehe untere Darstellung in 1)
wird nachfolgend in einen Lötofen
verbracht, wobei durch Schmelzen der Lotplattierungen die Endbereiche 5, 6 jeweils
mit der Trennwand 4 fest verlötet werden. Hierdurch werden
die Kammern 7, 8 dicht und druckfest verschlossen.
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Die
Höhe der
umgebogenen Endbereich 5, 6 ist jeweils etwa kleiner
als die Höhe
der Trennwand 4. Hierdurch wird die Breite des Flachrohrs
nicht durch die Endbereiche bestimmt, was im Licht der Maßtoleranzen
der Breite des Blechstreifens vorteilhaft ist.
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Bei
der Ausführung
nach 1 sind gemäß der beidseitig
und vollständig
vorliegenden Lotplattierung die Innenflächen der Kammern mit Lotplattierung
beschichtet. Dies kann je nach Anwendungen Nachteile mit sich bringen
und bedingt neben höheren
Kosten ggf. eine verringerte Korrosionsresistenz. Erfahrungen haben
gezeigt, dass übliche
Lotplattierungen von Aluminium-Flachrohren
trotz des Zink-Gehalts der Plattierungen einen Lochfraß oder auch
eine Korrosion im Ansatzbereich eines Bodenteils nicht verhindern.
Die Aufbringung einer zusätzlichen
Korrosionsschutzschicht auf eine bestehende Lotplattierung ist dabei
oft unzureichend. Im Interesse eines optimalen Korrosionsschutzes
sollten daher kritische Bereiche des Blechs unmittelbar mit der Schutzschicht
belegbar sein.
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Bei
einer verbesserten Ausführungsform
gemäß 2 sind
daher die Innenflächen
der Kammern 7, 8 nicht mit Lotplattierung versehen,
sondern Lotplattierung liegt lediglich in dem eng begrenzten Bereich
der Verbindung der Endbereiche 5, 6 mit der Trennwand 4 vor.
Dies wird dadurch erreicht, dass die Lotplattierung 2 nur
auf einer Seite des Blechstreifens 1 aufgebracht ist. Auf
dieser einen Seite reicht die Lotplattierung 2 nur von
einem seitlichen Ende bis etwas über
die Mitte des Blechstreifens 1 (siehe obere Darstellung
in 2). Hierdurch wird die z-förmige Faltung 4 auf
einer Seite noch mit Lotplattierung versehen und zudem hat eines
der beiden Enden 6 auf einer Seite Lotplattierung. Das
andere umgebogene Ende 5 des Blechstreifens 1 weist
keinerlei Lotplattierung auf und wird im fertig gebogenen Zustand
mit der einseitigen Lotplattierung der Faltung 4 verlötet. Insgesamt
kann somit ein Flachrohr mit zwei Kammern 7, 8 gefaltet
werden, bei dem innenseitig der Kammern 7, 8 keine
Lotplattierung vorliegt und außenseitig
eine Lotplattierung nur auf einer Kammer 8 vorliegt.
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Eine
Korrosionsschutzschicht ist in keinem der gezeigten Ausführungsbeispiele
explizit dargestellt. Besonders zweckmäßig kann sie je nach Anforderungen
an den Stellen vorgesehen werden, an denen der Blechstreifen 1 nicht
mit Lotplattierung belegt ist.
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Falls
es gewünscht
ist, dass Lotplattierung auf der gesamten Außenfläche des Flachrohrs vorliegt,
beispielsweise zur besseren Verbindung mit Rippenblechen oder anderen
Bauteilen des Wärmetauschers,
so kann die Lotplattierung wie im Ausführungsbeispiel gemäß 3 auf
beiden gegenüberliegenden
Seiten des Blechstreifens 1 aufgebracht werden, wobei die
jeweilige Lotplattierung auf einer Seite nur bis etwa zur Mitte
des Blechstreifens 1 reicht. Hierdurch ist der Blechstreifen
an jeder Stelle nur auf einer Seite mit Lot plattiert, wobei an
dieser Stelle die gegenüberliegende
Seite nicht mit Lot plattiert ist (siehe obere Darstellung in 3).
Gemäß der in 3 dargestellten
und zuvor beschriebenen Verfaltung des Blechstreifens wird ein Flachrohr
bereitgestellt, das auf seiner gesamten Außenfläche Lotplattierung aufweist
und wobei die gesamte Innenfläche der
Kammern 7, 8 frei von Lotplattierung ist. Eine
bevorzugte Weiterbildung des Ausführungsbeispiels aus 3 ist
in 4 dargestellt. Um einen Überschuss an Lotplattierung
im Be reich der Anbindung der Endbereiche 5, 6 an
die Trennwand 4 zu vermeiden wird im mittleren Bereich
des Blechstreifens 1 auf keiner der beiden Seiten eine
Lotplattierung vorgesehen. Dieser beidseitig nicht mit Lotplattierung belegte
Bereich 1a des Blechstreifens 1 entspricht in seiner
Breite etwa der z-förmigen Faltung 4 (siehe mittlere
Darstellung in 4). Die Lotplattierung die einem
Verlöten
der Endbereiche 5, 6 mit dem zentralen Faltungsbereich 4 dient,
liegt jeweils auf den Endbereichen 5, 6 vor. Eine „doppelte" Lotplattierung im Anlagebereich
wie im Ausführungsbeispiel
gemäß 3 ist
somit vermieden.
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5 zeigt
eine schematische Schnittansicht eines Wärmetauschers mit Flachrohren
nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele. Die Flachrohre
haben jeweils zwei in Tiefenrichtung des Wärmetauschers hintereinander
angeordnete Kammern 7, 8 und zwischen zwei benachbarten Flachrohren
sind jeweils Rippenelemente 9 vorgesehen. Das Rippenelement 9 dient
einer Vergrößerung der
Kontaktfläche
mit dem in Tiefenrichtung an den Flachrohren vorbeiströmenden Fluid,
das Wärme von
dem in den Flachrohren geführten
Fluid aufnimmt oder in dieses abgibt. Zur Verbesserung der Wärmeleitung
zwischen den Flachrohren 7 und den Rippenelementen 9 sind
die Rippenelemente 9 zweckmäßig mit der Oberfläche der
Flachrohre 7 verlötet.
Hierzu dient auf bevorzugter Weise die an den Außenflächen der Flachrohre vorgesehene
Lotplattierung.
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6 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Flachrohrs,
bei dem vier separate Kammern in Tiefenrichtung hintereinander angeordnet
sind. Hierzu wird der Blechstreifen 1, der in der Darstellung
nach 6 ohne Lotplattierung gezeigt ist, mit insgesamt
drei z-förmigen
Faltungen 4a, 4b, 4c versehen, die in
ihrer Faltungsrichtung alternieren. Wie in den zuvor beschriebenen
Beispielen werden die seitlichen Endbereiche 5, 6 des
Blechstreifens 1 abgewinkelt und auf jeder Seite wird ein ausreichend
langer Überstand
des Blechstreifens umgelegt. Die Endbereiche 5, 6 stoßen dabei
jeweils an die äußeren der
Faltungen 4a, 4c an und werden mit diesen verlötet. Konstruktiv
bedingt haben zwei Kammern 7a, 8a der insgesamt
vier Kammern des Flachrohrs eine doppelte Wandung. Um Druckfestigkeit
und die Abdichtung der Kammern untereinander zu gewährleisten,
sind diese Wandungen im Bereich ihrer gegenseitigen Anlage zweckmäßig miteinander verlötet. Hierzu
kann der gesamte Blechstreifen 1 eine entsprechende Lotplattierung
aufweisen oder auch eine nur selektiv in den betreffenden Bereichen vorgesehene
Lotplattierung.
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7 zeigt
eine schematische Darstellung eines Wärmetauschers mit den Vierkammer-Flachrohren
gemäß 6.
Wie ein Vergleich der konstruktiven Schemata der Zweikammer-Flachrohre
(1) und der Vierkammer-Flachrohre nach 6 zeigt, haben
erfindungsgemäße Flachrohre
bevorzugt eine gerade Anzahl von Kammern, wodurch die Faltung des
Blechstreifens vereinfacht ist und insbesondere auf sickenartige
Faltungen zur Herstellung von Trennwänden verzichtet werden kann.