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Die
Erfindung betrifft ein Mehrkammer-Flachrohr mit wenigstens zwei
Kammern zur Strömungsaufnahme eines Fluids, hergestellt
durch Umformen eines Blechbandes, bei dem ein geschlossenes Profil
gebildet ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1. Die Erfindung betrifft auch einen Wärmetauscher mit
einem solchen Flachrohr und eine Verwendung des Wärmetauschers.
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Flachrohre
für Wärmetauscher, wie Heizkörper, Verdampfer,
Kondensatoren oder dergleichen sind entweder durch einen Extrusionsprozess,
einen geschweißten Prozess oder gefalzten Prozess hergestellt.
Welches Verfahren eingesetzt wird, hängt von den Einsatzbedingungen
ab. Grundmaterial ist in der Regel Aluminium oder eine Aluminiumlegierung.
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Sind
sehr viele getrennte Kanäle im Flachrohr und hohe Berstdruckfestigkeit
gefordert ist der Einsatz eines extrudierten Profils sinnvoll. Hier
ist das Flachrohr nach außen und zwischen den Kanälen schon
vor dem Verlöten dicht. Extrudierte Flachrohre sind jedoch
teurer als geschweißte oder gefalzte Flachrohre. Ebenso
ist die für eine Verlötung mit z. B. Rippen notwendige äußere
Lotplattierung erst in einem nach dem Extrudieren weiteren Schritt
aufzubringen.
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Geschweißte
Flachrohre sind nach der Fertigung nach außen dicht, jedoch
sind sie, wenn sie mehrere getrennte Kammern haben, zwischen den Kammern
undicht. Die interne Trennung erfolgt erst nach der Verlötung,
also nach dem Zusammenbau des gesamten Wärmetauschers.
Falls es sich also um ein geschweißtes Flachrohr mit mindestens
zwei Kammern handelt, ist die Innenseite grundsätzlich mit
einer Lotbeschichtung auszuführen. Diese Lotbeschichtung
sollte mindestens im Bereich der Verlötstelle auf der Innenseite
vorhanden sein, d. h. über die gesamte Innenseite oder über
einen kleineren Bereich auf der Innenseite, ggfs. einseitig oder
auch beidseitig, an der Verlötfläche, z. B. einer
Sicke, wobei es vergleichsweise schwierig ist, ein Band nur mittig
partiell mit Lot zu beschichten. Nachteilig bei geschweißten
Flachrohren ist die gegebenenfalls notwendige Innenplattierung auf
der Innenseite des Flachrohr-Bandmateriales im Sickenbereich. Eine partielle
Lotplattierung im Sicken-/Stegbereich ist nur mit Aufwand zu erreichen,
so dass die komplette Innenseite des Flachrohres mit Lot beschichtet
ist. Ebenso sind aus Gründen der Herstellbarkeit die Materialdicken
bei geschweißten Flachrohren nach unten begrenzt.
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Gefalzte
Flachrohre können nach der Fertigung nach außen
und innen undicht sein und sind sinnvoll vor allem bei Flachrohren
mit mindestens zwei Kammern, sogenannten Mehrkammer-Flachrohren.
Die interne und externe Dichtheit erfolgt erst nach dem Löten.
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Gefalzte
Mehrkammer-Flachrohre erweisen sich zur Verwendung in einem Wärmetauscher – beispielsweise
wie in
EP 1 213 555
B1 beschrieben – als zunehmend attraktiv, weil
diese vergleichsweise dünnwandig und damit materialeinsparend
zur Verfügung gestellt werden können und darüber
hinaus in einem vergleichsweise einfachen Umformverfahren, beispielsweise
in einem Biegeverfahren und/oder einem Faltverfahren und/oder einem
Falzverfahren, hergestellt werden können – ein
solches Umformverfahren ist beispielsweise in
US 6,615,488 B2 beschrieben.
Als Ergebnis des dort be schriebenen Faltverfahrens ergibt sich ein
Mehrkammer-Flachrohr des sogenannten "B-Typs", weil das Profil des
Mehrkammer-Flachrohrs einen an eine B-Form erinnernden Verlauf aufweist.
Ein anderes ähnliches Mehrkammer-Flachrohr ist in
EP 1 213 555 B1 und
in
EP 0 811 820 B1 beschrieben.
Bei beiden Mehrkammer-Flachrohren werden Randabschnitte beider eine zweite
Breitwand bildender Seitenabschnitte durchgehend von einer Innenseite
der zweiten Breitwand zur einer Innenseite einer ersten Breitwand
geführt und dort an einer Kontaktstelle lötverbunden.
Es hat sich gezeigt, dass ein Mehrkammer-Flachrohr dieses sogenannten
B-Typs noch verbesserungswürdig ist.
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EP 1 225 408 A2 zeigt
ein Mehrkammer-Flachrohr, bei dem nur einer der Seitenabschnitte
einen Randabschnitt aufweist, der durchgehend von einer Innenseite
der zweiten Breitwand zu einer Innenseite der ersten Breitwand verläuft
und dort an einer Kontaktstelle stoffschlüssig verbunden
ist. Der Randabschnitt weist wenigstens zwei Umformabschnitte auf
und wenigstens einer der Umformabschnitte bildet eine Anlagefläche
für einen Randabschnitt des anderen Seitenabschnitts. Eine solche
Ausführung eines Mehrkammer-Flachrohrs des B-Typs erweist
sich in der Gestaltung des Stegs als materialeinsparend, lässt
sich jedoch, insbesondere hinsichtlich der dem Steg zukommenden
Stabilität und/oder Zugwirkung, noch verbessern.
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US 5,765,634 offenbart ein
Mehrkammer-Flachrohr mit zwei Kammern, bei dem ein die Kammern trennender
Steg in Form eines von einer zweiten Breitwand ausgehenden Umschlags
gebildet ist, welcher die gegenüberliegende erste Breitwand kontaktiert.
Der Kontakt ist an der ersten Breitwand durch zwei zum Rohrquerschnitt
längs umgeschlagene Randabschnitte gebildet, die entlang
einer Umschlagstelle gegeneinanderstoßen. Die äußere
Dimension des Rohres im Querschnitt und die Qualität der
Lötverbindung im Stegbereich hängt nicht von der
exakten Länge des Blechbandes ab.
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FR 2 716 529 A1 offenbart
einen kammertrennenden Steg für ein Mehrkammer-Flachrohr,
der in Form eines Umschlags in Querschnittlängsrichtung
des Flachrohres und eines den Steg bildenden weiteren Umschlags,
der sich zwischen einer ersten Breitwand und einer zweiten Breitwand
quer zur Längsrichtung des Querschnitts des Flachrohres
erstreckt, gebildet ist. In den letzteren Umschlag greift ein rechtwinklig
abgebogener Umformabschnitt der zweiten Breitwand ein. Dies erhöht
vorteilhaft die Stabilität des Stegs, verbraucht aber vergleichsweise viel
Material und ist relativ aufwendig herzustellen.
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US 6,325,141 B2 offenbart
ein Zweikammerflachrohr, bei dem ein U-förmig gebildeter
Steg quer zur Längserstreckung des Flachrohrquerschnitts
zwischen der ersten Breitwand und der zweiten Breitwand gebildet
ist, wobei in den U-förmigen Querschnitt ein rechtwinklig
abgewinkelter Umformabschnitt der ersten Breitwand eingreift. Der U-förmige
Teil des Stegs ist mit einer Perforation gebildet, in dem Seitenabschnitte
des U-förmigen Keils im unteren Bereich abgewinkelt sind.
Ein solcher Steg bildet keine fluiddichte Trennung des ersten und zweiten
Kanals und ist hinsichtlich seiner Stabilität verbesserungswürdig.
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JP 07158999A offenbart
ein Mehrkammer-Flachrohr, bei dem zwei Kammern zur Strömungsaufnahme
eines Fluids gebildet und durch einen Steg getrennt sind, wobei
jeder der Kammern weiter durch eine innere gewellte zwischen einer
ersten und einer zweiten Breitwand verlaufenden Finne zur Bildung
von Strömungskanälen zwischen einer Rohr-Innenwand
und der Finne unterteilt ist. Der Steg ist dabei vergleichsweise
dickwandig mit einer längs der Querschnittsbreite des Mehrkammer-Flachrohres
gerichteten U-förmigen Umformung eines ersten Stegabschnitts
und eines in diese eingreifenden Umschlags eines zweiten Stegabschnitts
gebildet. Ein ähnliches Mehrkammer-Flachrohr ist in
GB 2268260A offenbart,
bei dem der Steg als einfacher zweiwandiger Steg mit zwei aneinanderliegenden sich
von einer ersten Breitwand zu einer zweiten Breitwand erstreckenden
Stegabschnitten gebildet ist. Auch dieses Mehrkammer-Flachrohr lässt
sich hinsichtlich seiner Stabilität noch verbessern.
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US 6,209,202 B1 offenbart
ein Mehrkammer-Flachrohr für einen Wärmetauscher,
welches Mehrkammer-Flachrohr die eingangs genannten Merkmale aufweist.
Die Kammern des Mehrkammer-Flachrohres sind jeweils durch einen
Steg nicht einheitlicher Dicke getrennt, welcher aus zwei einen Um schlag
bildenden Umformabschnitten gebildet ist, wobei der Umschlag an
einer Umschlagstelle an einer Kontaktstelle der Innenseite einer
der Breitwände lötverbunden ist. Das Mehrkammer-Flachrohr
in
US6,209,202B1 ist
durch überlappende Randabschnitte im Bereich einer Schmalwand
geschlossen und weist bereits eine vergleichsweise gute Stabilität
auf. Gleichwohl lässt sich auch dieses Mehrkammer-Flachrohr
hinsichtlich Stabilitätsverhalten und dennoch vergleichsweise
einfache und kostengünstige Herstellung verbessern.
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An
dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, ein
Mehrkammer-Flachrohr anzugeben, bei dem das Stabilitätsverhalten
und/oder die Druckfestigkeit des Mehrkammer-Flachrohres verbessert
ist, insbesondere eine Stabilität und/oder Zugwirkung des
Stegs, und dennoch das Mehrkammer-Flachrohr vergleichsweise einfach
und kostengünstig hergestellt werden kann.
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Die
Aufgabe wird durch die Erfindung mittels einem Mehrkammer-Flachrohr
der eingangs genannten Art gelöst, bei dem erfindungsgemäß die
Merkmale gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs
1 vorgesehen sind. Unter einem Umschlag ist die Anordnung von zwei,
ggfs. aber nicht notwendigerweise aneinander liegenden, um 180° "umgeschlagenen"
Umformabschnitten zu verstehen. Vorliegend sieht der Umschlag gemäß dem
Konzept der Erfindung nicht aneinander liegende Umformabschnitte
vor, die einen Abstandsraum bilden zur Aufnahme eines Randabschnittes
wenigstens eines der Seitenabschnitte des Blechbandes. Dies ermöglicht
den Eingriff wenigstens eines Teils des Randabschnitts in den Umschlag.
Es versteht sich, dass die Rollen der ersten und zweiten Breitenwand ebenso
wie die der ersten und zweiten Schmalwand austauschbar sind.
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Vorzugsweise
ist der Umschlag an einer Umschlagstelle zwischen den zwei Umformabschnitten und/oder
der sich am Umschlag anschließende Umformabschnitt an einer
Kontaktstelle der Innenseite der ersten oder zweiten Breitwand anstoßend,
insbesondere stoffschlüssig verbunden. Vorzugsweise ist der
weitere Umschlag an der Kontaktstelle lötverbunden.
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Vorzugsweise
ist sowohl der eine als auch der weitere oder die weiteren Umschläge
aus einem Innenabschnitt des Blechbandes gebildet. Vorzugsweise
ist das Mehrkammer-Flachrohr am Bereich des Stegs geschlossen. Dabei
dient gemäß dem Konzept der Erfindung wenigstens
ein Randabschnitt zur Bildung des Stegs. Vorzugsweise liegt ein
weiterer Randabschnitt an einer Innenseite einer Breitenwand an.
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Vorzugsweise
liegen der eine Umschlag und der weitere Umschlag an einer Anlagefläche
in Stegrichtung aneinander an. Vorzugsweise sind sie an der Anlagefläche
stoffschlüssig verbunden, insbesondere lotverbunden.
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Die
Erfindung geht von der Überlegung aus, dass, insbesondere
ein sich von einer ersten Breitwand zu einer zweiten Breitwand in
Form eines U-förmigen Verlaufs gebildeter Steg mit mehreren
Umformabschnitten hinsichtlich seiner Stabilität und Anbindung
an die erste und/oder zweite Breitwand verbessern lässt.
Dementsprechend sieht die Erfindung vor, dass sich am Umschlag mit
U-förmigem Verlauf wenigstens ein Umformabschnitt anschließt,
der an einer Kontaktstelle der Innenseite der ersten oder zweiten
Breitwand anliegt, vorzugsweise stoffschlüssig verbunden
ist, insbesondere lötverbunden ist. Dadurch wird gemäß dem
Konzept der Erfindung erreicht, dass zusätzlich die Anbindung
an die erste und zweite Breitwand in Form einer Anlagefläche
erfolgt und damit stabiler ist, so dass die Zugwirkung eines Stegs
erhöht wird.
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Die
Erfindung ermöglicht vorteilhaft die Herstellung eines
gefalzten Flachrohres, bei dem die Bandbreitentoleranz praktisch
keinen Einfluss auf die Breite des Flachrohres im Sickenbereich
nimmt. Außerdem wird vorteilhaft die Herstellung eines
gefalzten Flachrohres möglich, das vor dem Verlötprozess eine
gewisse „Eigensteifigkeit" besitzt. Das Flachrohr bereitet
durch seine Eigensteifigkeit kaum Probleme bei den weiteren Fertigungsschritten
zum Aufbau des gesamten Wärmeübertragers. Vorteilhaft
kann ein gefalztes Flachrohr mit Materialdicken unterhalb von 0,25
mm hergestellt werden – größere Materialstärken
sind darüber hinaus mit noch weniger Aufwand realisierbar.
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Ein
gefalztes Flachrohr hat vorteilhaft mindestens zwei getrennte Kammern
nach dem Löten und lässt dadurch auch getrennte
Strömungsrichtungen in den Kammern zu. Ein Flachrohr lässt
bei zwei getrennten Kammern auch eine Trennung der Kammern durch
eine Trennwand zu, die sich im Mittenbereich befindet und mit dem
Flachrohr verlötet ist.
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In
vorteilhafter Weise wird es möglich, ein gefalztes Flachrohr
auf der Innenseite mit einer direkt auf dem Grundwerkstoff aufgebrachten
Korrosions-Schutzplattierung zu versehen. Auf der Innenseite ist
keine Lotplattierung notwendig, sondern vorzugsweise nur auf der
Außenseite.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen
zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten
an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie
hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung kann sich ein einziger Umformabschnitt
an den U-förmigen Verlauf anschließen, vorzugsweise
in Form eines um 90° abgewinkelten Umformabschnitts. Diese
Ausführung ist zusätzlich vergleichsweise materialsparend.
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In
einer weiteren bevorzugten Weiterbildung können sich zwei
oder mehr Umformabschnitte an den U-förmigen Verlauf des
Stegs anschließen. Insbesondere kann der erste Umformabschnitt
in Form eines 180°-Umschlags gebildet sein. Ein zweiter
Umformabschnitt kann sich in Form eines 90° abgewinkelten
Umformabschnitts anschließen. Diese Weiterbildung hat den
besonderen Vorteil, dass eine Umschlagstelle zwischen dem U-förmigen
Verlauf und dem ersten Umformabschnitt besonders vorteilhaft an
der ersten Breitwand anliegend und dort stoffschlüssig
angebunden werden kann und der zweite Umformabschnitt flächig
an der zweiten Breitwand anliegen und dort stoffschlüssig
verbunden werden kann. Beim zweiten Umschlag liegen die Umformabschnitte
vorteilhaft aneinander an.
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Gemäß einer
oder mehrerer besonderes bevorzugter Weiterbildungen des Konzepts
der Erfindung ist das Flachrohr gefalzt. Im Mittenbereich befindet
sich mindestens ein Steg zur Bildung eines Zwei-/Mehr-Kammer- Flachrohres.
Eine Stegbreite beträgt gemäß dem Konzept
der Erfindung mindestens die dreifache Materialstärke in
horizontaler oder vertikaler Richtung.
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Durch
einen 180°-Umschlag des Bandmaterials zur Bildung eines
durchgehenden Stegs wird die Steifigkeit des Flachrohres erhöht.
Der Kontakt zwischen den Bandenden bzw. zwischen Bandende und 180°-Umschlag
kann sowohl linienförmig als auch flächig sein.
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Das
Flachrohr besitzt vorteilhaft eine einfache Außenkontur,
wodurch der Durchzug am Boden eines Wärmetauschers, in
welchen das Flachrohr gesteckt wird, einfach gestaltet werden kann.
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Eine
Rohrtiefe bzw. Querschnittsbreite kann sich im Bereich zwischen
10 und 100 mm bewegen – vorzugsweise in einem Bereich zwischen.
14 und 60 mm. Eine Rohrbreite bzw. Querschnittshöhe kann sich
im Bereich zwischen 0,5 und 10 mm bewegen – bevorzugt ist
ein Bereich zwischen 0,8 und 5 mm. Eine Materialdicke des Bandmaterials
beträgt vorteilhaft zwischen 0,08–2 mm, bevorzugt
ist 0,1–0,5 mm. Eine Auflagefläche des Bandendes
beträgt zwischen 0,5 und 10-facher Materialdicke. Der bevorzugte
Bereich liegt zwischen 1,5 und 5-facher Materialdicke.
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Die
Höhe des 180°-Umschlags kann sich in einem Bereich
zwischen einfacher Materialdicke und der 2-fachen herzustellenden
Rohrbeite bewegen, bevorzugt zwischen 2-facher Materialdicke und
einfacher Rohrbreite.
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Der
180°-Umschlag des Bandmaterials bewirkt eine Abstützung
der gegenüberliegenden Seite. Beim Spannen/Kassettieren
des Flachrohres wird dadurch die Rohrbeite bzw. lichte Weite gehalten.
Die Überlappung des Bandendes bewirkt eine sichere Verlötung
und Dichtheit nach außen.
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Das
Flachrohr kann auch mit Einprägungen, z. B. Winglets, versehen
werden. Diese Einprägungen erhöhen die Turbulenz
des im Flachrohr strömenden Mediums und verbessert den
Wärmeübergang. Die Tiefe dieser Einprä gung
beträgt vorteilhaft ca. 0,05–5 mm, bevorzugt 0,15–1
mm, abhängig von der Rohrbreite.
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Die
Einprägungen können sich nur in einem Kanal, ausgewählten
Kanälen oder in allen ausgeführten Kanälen
des Flachrohres befinden. Ebenso können sich die Einprägungen
nur oben oder/und unten im Flachrohr befinden. Die Abfolge, Anzahl
und Geometrie der Einprägungen kann ebenso je nach Zweck
variieren. Einprägungen können grundsätzlich für
alle im folgenden beschriebenen Ausführungsformen der Flachrohre
vorteilhaft sein.
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Das
Konzept der Erfindung hat sich insbesondere als vorteilhaft anwendbar
bei einem Mehrkammer-Flachrohr erwiesen, bei dem wenigstens eine
der Kammern einwandig ausgebildet ist. Die Wandstärke einer
Kammer lässt sich in bevorzugter Weise unterhalb von 0,2
mm realisieren. Grundsätzlich kann das Konzept der Erfindung
auch ausgeführt werden bei einem Mehrkammer-Flachrohr,
bei dem wenigstens eine der Kammern mit mehreren Wänden,
insbesondere zwei Wänden ausgebildet ist. Auch hierbei
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass eine Wandstärke
einer Wand unterhalb von 0,2 mm liegt – die Gesamtwandstärke
einer Kammer mit mehreren Wänden liegt somit vorteilhaft
unterhalb eines vielfachen von 0,2 mm, bei zwei Wänden
vorzugsweise unterhalb von 0,4 mm. Ein mehrwandiges Mehrkammer-Flachrohr
kann beispielsweise durch geeignete Wickelanordnungen des Blechbandes
erfolgen. In einer Abwandlung können auch zwei oder mehr
Profile zur Bildung einer konzentrischen Wandanordnung ineinander
angeordnet werden.
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Zusätzlich
zu dem zuvor erläuterten, eine vorteilhafte Stabiltät
entfaltenden Steg lässt sich zur Ausbildung eines Mehrkammer-Flachrohres
mit mehr als zwei Kammern ein oder mehrere weitere solcher oder
anderer Stege beim Profil vorsehen. Vorzugsweise können
weitere Stege durch Einfalten der ersten und/oder zweiten Breitwand
in Form eines Umschlags gebildet sein. Letzteres hat sich als besonders
einfache Maßnahme zur Bildung weiterer Stege erwiesen.
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Grundsätzlich
können die Oberflächen eines Mehrkammer-Flachrohres
der oben erläuterten Art in unterschiedlichster für
eine Anwendung angemessenen Weise ausgebildet sein. Beispielsweise
kann eine Rohraußenfläche und/oder eine Rohrinnenfläche
glatt sein. Ein Solches Mehrkammer-Flachrohr hat einen besonders
geringen Strömungswiderstand.
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In
einer anderen die Wärmetauscherfunktion des Mehrkammer-Flachrohres
verbessernden Weiterbildung kann eine Rohraußenfläche
und/oder eine Rohrinnenfläche strukturiert sein. Es hat
sich gezeigt, dass sich dazu eine Mehrzahl unterschiedlichst ausgeführter
Arten von Strukturelementen eignet, insbesondere solche die ausgewählt
sind aus der Gruppe bestehend aus: Dimpel, Winglets, Rippen.
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Ein
Mehrkammer-Flachrohr der zuvor erläuterten Art hat sich
als besonders zuverlässig zur Führung eines Fluids
bei erhöhter Druckfestigkeit und unter besonderer Wirkung
des vergleichsweise stabilen Steges gemäß dem
Konzept der Erfindung erwiesen. Das Fluid kann in einer besonders
bevorzugten Weiterbildung ein erstes Fluid sein, insbesondere in Form
eines Abgases und/oder einer Ladeluft. In gleicher Weise eignet
sich ein Mehrkammer-Flachrohr auch für ein zweites Fluid,
vorzugsweise ein Kühlmittel, insbesondere ein auf flüssiger
Basis gebildetes Kühlmittel.
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Ein
Mehrkammer-Flachrohr der oben beschriebenen Art eignet sich gemäß dem
Konzept der Erfindung für einen Wärmetauscher
zum Wärmetausch zwischen einem ersten Fluid einerseits,
insbesondere einem Abgas und/oder Ladeluft und einem zweiten Fluid
andererseits, insbesondere einem Kühlmittel. Ein solcher
Wärmetauscher gemäß der Erfindung weist
auf: einen Block zur voneinander getrennten und wärmetauschenden
Führung des ersten und des zweiten Fluids, mit einer Anzahl
von dem ersten Fluid durchströmbaren Strömungskanälen, eine
erste die Strömungskanäle aufnehmende von dem
zweiten Fluid durchströmbare Kammer und ein Gehäuse
in dem die Kammer und die Strömungskanäle angeordnet
sind. Gemäß dem Konzept der Erfindung ist ein
Strömungskanal erfindungsgemäß in Form
eines Mehrkammer-Flachrohres der oben erläuterten Art gebildet.
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Die
Erfindung führt auch auf eine besonders bevorzugte Verwendung
des Wärmetauschers gemäß den weiteren
nebengeordneten Ansprüchen, beispielsweise als Hochtemperatur-
oder Niedertemperaturwärmetauscher – in beiden
Fällen beispielsweise als ein Abgaswärmetauscher
oder als ein Ladeluftwärmetauscher.
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Darüber
hinaus hat sich die Verwendung des Wärmetauschers gemäß dem
Konzept der Erfindung auch als Ölkühler oder als
Kältemittel oder Kühlmittelkühler erwiesen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben.
Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise
maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung,
wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder
leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzung
der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen
Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen,
dass vielfältige Modifikationen und Änderungen
betreffend die Form und das Detail eine Ausführungsform
vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee
der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung,
sowie in den Unteransprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung
können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination
für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem
fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest
zwei der in der Beschreibung der Zeichnung und/oder den Ansprüchen
offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht
beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden
gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform
oder beschränkt auf ein Gegenstand, der eingeschränkt
wäre im Vergleich zudem in den Ansprüchen beanspruchten
Gegenstand. Bei angegebenem Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb
der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und
beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein.
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Im
Einzelnen zeigt die Zeichnung in:
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1 eine
erste bevorzugte Ausführungsform eines Mehrkammer-Flachrohres,
bei dem im Stegbereich ein Bandende so geformt ist, dass das andere
Ende eingeschoben wird – die Bandtoleranz wird über
den zusätzlichen 90°-Umformabschnitt ausgeglichen.
Für eine Verlötung mit der Gegenseite ist ein
beidseitig lotplattiertes Material erforderlich;
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2 eine
zweite Ausführungsform eines Mehrkammer-Flachrohres, bei
dem im Stegbereich, ansonsten ähnlich 1,
aufgrund der zusätzlichen Umbiegung des Bandendes eine
Verlötung des Falzbereiches mit der gegenseitigen Breitwand
auch mit einem einseitig lotplatierten Material möglich
ist;
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3 eine
bevorzugte Ausführungsform eines Wärmetauschers
mit einem Mehrkammer-Flachrohr der zuvor genannten Ausführungsformen;
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4 eine
Querschnittsdraufsicht auf den Wärmetauscher der 3.
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Die
folgenden Ausführungsformen zeigen jeweils ein Flachrohr
mit zwei fluiddicht getrennten Kammern 1, 2. Dadurch
sind gegen- bzw. gleichgerichtete Durchströmungen realisierbar.
Durch Falztechnik sind Flachrohre der vorliegenden Ausführungsformen
mit einer Wandstärke unterhalb 0,25 mm möglich.
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Gemäß dem
Konzept der Erfindung wird eine Verstärkung des Stegbereichs
durch mehrfache Materialstärke erreicht. Bei Verwendung
einer Längstrennwand, die im Mittenbereich quer zum Flachrohr
positioniert ist, wobei vorzugsweise die Schlitzbreite der Trennwand
der Rohrbreite entspricht, sind beide Kammern getrennt. Durch eine
erhöhte Stegbreite wird mehr Auflagefläche für
die Verlötung der Trennwand zur Verfügung gestellt.
Dadurch ist eine geringere Trennandlekkage bei Umlenkung in der
Tiefe erreichbar. Eine erhöhte Druckwechselstabilität
des Flachrohres wird durch einen verstärkten Stegbereich
erreicht.
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Eine
Lotplattierung nur auf der Außenseite ist bei den meisten
Ausführungsformen realisierbar. Dadurch ist durch Verwendung
von einer Schutzplattie rung auf der Innenseite erhöhte
Beständigkeit gegen korrosive Medien gegeben. Einprägungen
auf der Innenseite des Flachrohres wie in 1 zur Erhöhung der
Wärmeübertragung ist bei allen Ausführungsformen
realisierbar. Toleranzen in der Bandbreite gehen nicht in die Verlötqualität
ein.
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1 zeigt
dazu ein gefaltetes Mehrkammer-Flachrohr R1 mit einer ersten Kammer 1 und
einer zweiten Kammer 2 zur Strömungsaufnahme eines
Fluids, vorliegend in Form eines Ladefluids, beispielsweise eines
Abgases, einer Ladeluft oder einer Mischung daraus. Das Zweikammer-Flachrohr
R1 weist eine erste Breitwand 3 und eine zweite Breitwand 4 auf,
die sich gegenüberliegen. Weiter weist das Zweikammer-Flachrohr
R1 eine erste Schmalwand 5 und eine zweite Schmalwand 6 auf,
die sich ebenfalls gegenüberliegen. Die erste und die zweite Breitwand 3, 4 sind
durch einen die zwei Kammern 1, 2 trennenden,
eine Innenseite des Profils bildenden Steg 7 verbunden.
Die Querschnittsbreite T, die Querschnittshöhe B und die
Materialdicke D des Blechbandes können je nach Zweckmäßigkeit,
wie im allgemeinen Teil dieser Anmeldung beschrieben, gewählt
werden.
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Der
Steg ist vorliegend beim Mehrkammer-Flachrohr E1 durch einen Umschlag 11 mit
zwei nicht aneinanderliegenden Umformabschnitten 11.1 und 11.2 gebildet,
die in Richtung des Stegs 7 verlaufen und durch einen weiteren
Umformabschnitt 11.3 verbunden sind, welcher quer zu den
Umformabschnitten 11.1. und 11.2 verläuft.
An einer flächigen Kontaktstelle 8 an der Innenseite
der zweiten Breitwand 4 ist vorliegend bei dem Mehrkammer-Flachrohr
R1 der 1 der Steg 7 an der Innenseite der zweiten
Breitwand 4 stoffschlüssig verbunden. In die längs
der Erstreckung des Stegs 7 verlaufende durch die beabstandeten
Umformabschnitte 11.1. und 11.2 gebildete Zwischenraum 16 greift
ein Randabschnitt 14 eines der Seitenabschnitte des Blechbandes
ein, wobei der Randabschnitt 14 beidseitig an den Innenseiten
der Umformabschnitte 11.1 und 11.2 anliegt. Die
Innenseiten entsprechen Außenseiten des Blechbandes. Ein
Bandende am Ende des Randabschnitts 14 stößt
auf den Boden des Zwischenraumes 16 und ist innenseitig
am Umformabschnitt 11.3 lötverbunden.
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Am
Umschlag 11 – vorliegend am Umformabschnitt 11.2 – schließt
sich ein weiterer Umformabschnitt in Form des Randabschnitts 12 an,
wobei letzterer flächig an der Innenseite der ersten Breitwand 3 lötverbunden
ist. Durch diesen zusätzlich an der Innenseite der ersten
Breitwand 3 festgemachten Randabschnitt 12 einerseits
und durch den weiteren in den Umschlag 11 eingreifenden Randabschnitt 14 wird
dem Mehrkammer-Flachrohr R1 einerseits eine zusätzliche
Stabilität und Druckfestigkeit, insbesondere im Bereich
des Stegs 7, verliehen und zum anderen wird ein Aufspringen
des Mehrkammer-Flachrohres R1 im unverlöteten Zustand vermieden.
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Das
Mehrkammer-Flachrohr R1 der 1 weist
Profilierungen 21 in Form von Winglets auf, welche grundsätzlich
zur Erzeugung einer Turbulenz in den Strömungskammern 1, 2 und
damit zur Erhöhung des Wärmeübergangs
dienen können. Es versteht sich, dass auch bei dem in 2 gezeigten Mehrkammer-Flachrohr
R2 je nach Bedarf turbulenzerzeugende oder strömungsleitende
Profilierungen vorgesehen werden können oder die Profilierung
im Mehrkammer-Flachrohr R1 ebenso bei Bedarf weggelassen werden
kann.
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Das
vorliegende Mehrkammer-Flachrohr R1 mit zwei Kammern 1, 2 lässt
sich besonders einfach herstellen, wobei der Verschluss des Profils
im Bereich des Stegs 7 durch den in den Umschlag 11 eingreifenden
Randabschnitt 14 erfolgt, während der weitere
Randabschnitt 12 an der Innenseite der ersten Breitwand 3 lötverbunden
ist. Die Verschlussstelle liegt vorliegend in der Mitte der Querschnittsbreite T
des Mehrkammer-Flachrohres R1.
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Das
in 2 gezeigte Mehrkammer-Flachrohr R2 ist im Prinzip ähnlich
dem Mehrkammer-Flachrohr R1 aufgebaut, wobei wiederum als Steg 7 ein
Umschlag 11 wie beim Mehrkammer-Flachrohr R1 vorgesehen
ist.
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Gleiche
Merkmale oder Teile oder Merkmale oder Teile mit gleicher Funktion
werden vorliegend mit gleichen Bezugszeichen versehen. Wiederum weist
der Umschlag 11 Umformabschnitte 11.1 und 11.2 auf,
die einen Zwischenraum 16 bilden, in den ein Randabschnitt 14 – wie
bei 1 als 90°-Umformabschnitt ausgehend von
der ersten Breitwand 3 gebildet – eingreift.
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Im
Unterschied zur 1 ist beim Mehrkammer-Flachrohr
R2 der 2 vorgesehen, dass sich am Umschlag 11 ein
erster weiterer Umformabschnitt 11.4 und ein zweiter weiterer
Umformabschnitt 11.5 anschließt, die in einem
Winkel 90° zueinander stehen und wobei die Umformabschnitte 11.2 und 11.4 einen
weiteren Umschlag ohne Zwischenraum bilden, d. h. um 180° an
einer Umschlagstelle 11.6 umgeformt sind. Eine die Verlötung
des Stegs 7 weiter verbessernde Maßnahme sieht
beim Mehrkammer-Flachrohr R2 vor, dass die Umschlagstelle 11.6 zusätzlich
an der Innenseite der ersten Breitwand 3 lötverbunden
ist. Darüber hinaus ist der Umformabschnitt 11.5 an
einer Innenseite der zweiten Breitwand 4 lötverbunden.
Vorliegend ist die Umschlagstelle 11.3 des Umschlags 11 nicht
wie in 1 an einer Innenseite der zweiten Breitwand 4 festgemacht – dies
wird vorliegend durch den zweiten weiteren Umformabschnitt 11.5 erreicht.
Vielmehr liegen der Umformabschnitt 11.3 und der Umformabschnitt 11.5 aneinander
an und bilden eine quer zum Verlauf des Stegs 7 verlaufende
Doppelwand. Im oberen Bereich des Stegs 7 ist der Steg
somit in vorteilhafter Weise mit vierfacher Materialstärke
gebildet. Im unteren Bereich ist der Steg 7 in besonders
vorteilhafter Weise durchgehend mit dem quer zum Steg 7 verlaufenden
Umformabschnitt 11.5, welcher praktisch den Randabschnitt 12 am Bandende
bildet, verbunden.
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3 zeigt
einen Wärmetauscher 100 zum Wärmetausch
zwischen einem nicht näher dargestellten ersten Fluid und
zweiten Fluid, mit einem Block 110 zur voneinander getrennten
und wärmetauschenden Führung des ersten und zweiten
Fluids. Der Block 110 weist, in 4 in einer
Querschnittsdraufsicht näher dargestellte, durchströmbare
Strömungskanäle 120 auf, wobei jeder
der Strömungskanäle 120, beispielsweise
in Form eines Zweikammerflachrohres R1, R2 gebildet werden kann,
wie es in 1 und 2 erläutert
wurde bzw. in Form einer anderen Ausführungsform eines
Mehrkammer-Flachrohres gemäß dem Konzept der Erfindung. Vorliegend
ist schematisch ein Mehrkammer-Flachrohr R1 der 1 beispielhaft
eingezeichnet. Die Strömungskanäle 120 sind
durch Wellrippen 130 beabstandet im Block 110 gehalten.
Der Block 110 ist in einer von dem zweiten Fluid durchströmbaren
nicht näher dargestellten Kammer, beispielsweise innerhalb
eines Gehäuses, in dem die Kammer und die Strömungskanäle 120 angeordnet
sind, untergebracht. Die Strömungskanäle 120 sind
vorliegend im Form eines Zweikammer-Flachrohres in nicht näher dargestellter
Weise in einem Boden 140 und dort angebrachten Öffnungen
eingelassen, so dass über einen Kastendeckel 150 und
darin angebrachten Öffnungen 151, 152 den
Strömungskanälen 120 das erste Fluid
zugeführt werden kann.
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Aufgrund
dieser Strömungsführung ist ein besonders vorteilhafter
Wärmetausch zwischen dem ersten und dem zweiten Fluid zu
erreichen, wobei das zweite Fluid in vorteilhafter Weise durch die
Wellrippen 130 geführt wird – dadurch
wird einerseits eine den Wärmetausch erhöhende
Turbulenz angeregt und zum anderen wird die wärmetauschende
Oberfläche der Strömungskanäle 120 durch
die Wellrippen 130 erhöht.
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Zusammenfassend
betrifft die Erfindung ein Mehrkammer-Flachrohr mit wenigstens zwei
Kammern zur Strömungsaufnahme eines Fluids, hergestellt
durch Umformen eines Blechbandes, insbesondere hergestellt in einem
Biege- und/oder Falt- und/oder Falzverfahren, bei dem ein geschlossenes Profil
gebildet ist durch:
sich gegenüberliegende erste und
zweite Breitwände 3, 4, die über
sich
gegenüberliegende, jeweils einen Umformbereich bildende
erste und zweite Schmalwände 5, 6, miteinander
verbunden sind, wobei die Breit- und Schmalwände 3, 4, 5, 6 Aussenseiten
des Profils bilden, wobei
die erste und die zweite Breitwand 3, 4 mit
einem wenigstens zwei Kammern 1, 2 des Profils
trennenden, eine Innenseite des Profils bildenden Steg 7 verbunden
sind, der mit zwei Umformabschnitten 11.1, 11.2 eines
Umschlags 11 des Blechbandes an der ersten Breitwand 3 gebildet
ist,
insbesondere der Umschlag 11 an einer Umschlagstelle 11.3 zwischen
den zwei Umformabschnitten 11.1, 11.2 an einer
Kontaktstelle 8 der Innenseite der zweiten Breitwand 4 stoffschlüssig
verbunden ist, insbesondere lötverbunden ist.
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Gemäß dem
Konzept der Erfindung ist der Steg 7 weiter mit einem Randabschnitt 12, 14 wenigstens
eines der Seitenabschnitte des Blechbandes gebildet, der in den
Umschlag 11 eingreift und sich am Umschlag 11 wenigstens
ein Umformabschnitt 11.4, 11.5 anschliesst, der
an einer Kontaktstelle der Innenseite der ersten oder zweiten Breitwand 3, 4 stoffschlüssig
verbunden ist, insbesondere lötverbunden ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1213555
B1 [0006, 0006]
- - US 6615488 B2 [0006]
- - EP 0811820 B1 [0006]
- - EP 1225408 A2 [0007]
- - US 5765634 [0008]
- - FR 2716529 A1 [0009]
- - US 6325141 B2 [0010]
- - JP 07158999 A [0011]
- - GB 2268260 A [0011]
- - US 6209202 B1 [0012, 0012]