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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, ggf. 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-Flachröhre 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 hängen 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 Querschnittslängsrichtung
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 Zweikammer-Flachrohr, 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, von 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
US 6,209,202B1 ist
durch überlappende Randabschnitte im Bereich einer Schmalwand
geschlossen und weist bereits eine vergleichsweise gute Stabilität
auf. Gleichwohl lässt sich dieses Mehrkammer-Flachrohr hinsichtlich
Stabilitätsverhalten und einer dennoch vergleichsweise
einfachen und kostengünstigen 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.
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Unter
einem Umschlag ist die Anordnung von zwei, insbesondere aneinanderliegenden,
um 180° „umgeschlagenen" Umformabschnitten zu
verstehen.
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Vereinfacht
ausgedrückt ist der Steg mit mindestens zwei Umschlägen
ausgebildet, die von unterschiedlichen Breitwänden ausgehend,
sich gegenläufig zur gegenüberliegenden Breitwand
erstrecken. Vorzugsweise ist der eine Umschlag an einer Umschlagstelle
zwischen den zwei Umformabschnitten an einer Kontaktstelle der Innenseite
der zweiten Breitwand anstoßend, insbesondere stoffschlüssig verbunden.
Vorzugsweise ist der eine Umschlag an der Kontaktstelle lötverbunden.
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Vorzugsweise
ist der weitere Umschlag an einer Umschlagstelle zwischen den zwei
Umformabschnitten an einer Kontaktstelle der Innenseite der ersten
Breitwand anstoßend, insbesondere stoffschlüssig
verbunden. Vorzugsweise ist der weitere Umschlag an der Kontaktstelle
lötverbunden.
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Vorzugsweise
sind sowohl der eine als auch der weitere oder die weiteren Umschläge
aus einem Innenabschnitt des Blechbandes gebildet. Insbesondere
ist das Mehrkammer-Flachrohr seitlich geschlossen, d. h. Randabschnitte
der Seitenabschnitte bzw. die entsprechenden Bandenden sind im Bereich einer
Schmalwand angeordnet oder auch im schmalwandnahen Bereich einer
Breitwand.
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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 lötverbunden.
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Die
Erfindung geht von der Überlegung aus, dass eine Stabilität
eines Mehrfachkammerrohres weiter dadurch erhöht werden
kann, dass der Steg mit mindestens zwei Umschlägen gebildet
ist. Vereinfacht gesprochen sieht die Erfindung zur Bildung des Stegs
und Trennung einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer des Rohres
einen ersten Umschlag und einen zweiten Umschlag vor, wobei der
erste Umschlag von einer ersten Breitwand ausgeht und der zweite
Umschlag von einer zweiten Breitwand ausgeht. Erfindungsgemäß liegen
die Umschläge dazu weiter an einer Anlagefläche,
insbesondere in Stegrichtung, aneinander. Die Erfindung hat erkannt, dass
sich durch solche, vorteilhaft in Stegrichtung, gegeneinander gerichtete
und seitlich aneinander anliegende Umschläge sowohl die
Rohrstabilität erhöhen lässt als auch
eine erhöhte Formstabilität des Steges beim Assemblieren
des Mehrfachkammerrohres erreicht wird. Zudem lässt sich
ein Mehrfachkammerrohr gemäß dem Konzept der Erfindung
auf vorteilhafte Weise besonders einfach herstellen – auch
im Rahmen einer Weiterbildung mit mehr als zwei Umschlägen
zur Bildung eines Steges und einer Weiterbildung zum Schließen
des Mehrfachkammerrohres an einer Schmalwand oder einer Breitwand.
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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 Materialdicken 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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Eine
besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht zwei Umschläge
zur Bildung des Stegs vor. Andere Weiterbildungen können
insbesondere drei oder bei Bedarf eine höhere Anzahl von Umschlägen
vorsehen, soweit dies die Steifigkeit des Stegs in Abwägung
zum Materialverbrauch erforderlich macht. Im Falle von drei Umschlägen
hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass ein erster Umschlag
zwischen zwei weiteren Umschlägen angeordnet ist und beidseitig
anliegend zu den weiteren Umschlägen ist, vorzugsweise
stoffschlüssig, insbesondere lötverbunden ist.
Vorzugsweise ist der eine Umschlag in Stegrichtung gegen die zwei
weiteren beidseitig angeordneten Umschläge gerichtet.
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Mindestens
zwei der Umschläge sind gemäß dem Konzept
der Erfindung sowohl mit der ersten als auch mit der zweiten Breitwand
verbunden und gewährleisten so in vorteilhafter Weise die
Formstabilität des Steges beim Assemblieren des Mehrfachkammerrohres.
Weitere Umschläge können, müssen aber
nicht, mit der ersten und zweiten Breitwand gleichzeitig verbunden
sein.
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In
besonders bevorzugter Weise ist sowohl die erste als auch die zweite
Breitwand mit einem zwischen Seitenabschnitten des Blechbandes liegenden
Innenabschnitt des Blechbandes gebildet – in diesem Fall
ist ein Mehrfachkammerrohr vorteilhaft seitlich geschlossen. In
einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist sowohl die erste als
auch die zweite Schmalwand mit einem zwischen Seitenabschnitten des
Blechbandes liegenden Innenabschnitt des Blechbandes gebildet – in
diesem Fall ist ein Mehrfachkammerrohr in bevorzugter Weise an einer
Breitwand geschlossen.
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Gemäß einer
oder mehrerer besonders bevorzugter Weiterbildungen des Konzepts
der Erfindung ist das Flachrohr gefalzt. Im Mittenbereich befindet
sich mindestens ein Steg zur Bildungen eines Zwei- oder Mehr-Kammer-Flachrohres.
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Eine Überlappung
der beiden Bandenenden im Radiusbereich verhindert in vorteilhafterweise
ein Aufspringen des Flachrohres im unverlöteten Zustand.
Ein flächiger Kontakt beider Bandenenden bewirkt eine sichere
Verlötung und Dichtheit nach außen. Die Bandtoleranz
kann im radiusinnenliegenden Bandende ausgeglichen werden.
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Durch
mindestens einen 180°-Umschlag des Bandmaterials zur Bildung
eines durchgehenden Stegs wird die gegenüberliegende Seite
abgestützt. Beim Spannen/Kassettieren des Flachrohres wird dadurch
die Rohrbreite bzw. lichte Weite gehalten. Der Kontakt zwischen
dem 180°-Umschlag und der Gegenseite kann sowohl linienförmig
als auch flächig sein. Damit der Umschlag mit der Gegenseite
verlötet, ist vorteilhaft eine Lotplattierung auf der Innenseite
angebracht.
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Das
Flachrohr besitzt vorteilhaft eine einfache Außenkontur,
wodurch der Durchzug im Boden eines Wärmetauschers, in
welchen das Flachrohr gesteckt wird, einfach gestaltet werden kann.
Eine Rohrtiefe bzw. Querschnittsbreite kann sich im Bereich zwischen
10 mm und 100 mm bewegen – bevorzugt ist ein Bereich zwischen
14 mm und 60 mm. Eine Rohrbreite bzw. Querschnittshöhe
kann sich im Bereich zwischen 0,5 mm und 10 mm bewegen – bevorzugt
ist ein Bereich zwischen 0,8 mm und 5 mm. Eine Materialdicke des
Bandmaterials beträgt vorteilhaft zwischen 0,08 mm–2
mm, bevorzugt ist 0,1 mm–0,5 mm. Eine Überlapplänge
von Bandenenden beträgt vorteilhaft zwischen 1 und 50-facher
Materialdicke. Ein bevorzugter Bereich liegt zwischen 5 und 30-facher
Materialdicke.
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Das
Flachrohr kann mit Einprägungen, z. B. Winglets, versehen
werden. Diese Einprägungen erhöhen die Turbulenz
des im Flachrohr strömenden Mediums und verbessern den
Wärmeübergang. Die Tiefe dieser Einprägungen
beträgt vorteilhaft ca. 0,05 mm–5 mm, bevorzugt
0,15 mm–1 mm, abhängig von der Rohrbreite. 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 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 Stabilität
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, wie oben ausgeführt, 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
fal len 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 Ausführungsform eines gefalzten Mehrkammer-Flachrohres,
bei dem sich in Rohrmitte zwei gegenläufig ausgebildete
180°-Umschläge befinden, welche seitlich miteinander
verlöten – dadurch besitzt dieses Rohr im verlöteten
Zustand eine erhöhte Torsinns- und Druckwechselfestigkeit;
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2 eine
zweite Ausführungsform eines gefalzten Mehrkammer-Flachrohres,
bei dem sich im Rohrmittenbereich insgesamt drei 180°-Umschläge befinden – zwei
der Umschläge sind so angeordnet, dass der dritte Umschlag
sich zwischen diesen befindet und die Rohrbreite definiert ist.
Für eine Verlötung der Stege untereinander und
mit der Gegenseite ist ein beidseitig lotplattiertes Material erforderlich.
Die Überlappung der beiden Bandenden befindet sich im Radiusbereich
einer Schmalwand. Bei Verwendung einer Längstrennwand wird
die Verlötung mit dem Steg im Rohrmittenbereich durch die
mehrfach Materialstärke verbessert;
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3 eine
dritte Ausführungsform eines gefalzten Mehrkammer-Flachrohres, ähnlich 2 – die
beiden Bandenden überlappen sich jedoch nicht im Radiusbereich
einer Schmalwand, sondern im ebenen Bereich einer Kammer an einer
Breitwand,
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4 eine
bevorzugte Ausführungsform eines Wämetauschers
mit einem Mehrkammer-Flachrohr der zuvor genannten Ausführungsformen;
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5 eine
Querschnitts-Draufsicht auf den Wärmetauscher der 4.
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Die
folgenden Ausführungsformen zeigen jeweils ein vorteilhaftes
Mehrkammer-Flachrohr mit vorliegend zwei fluiddicht getrennten Kammern 1, 2. Dadurch
sind gegen- bzw. gleichgerichtete Durchströmungen realisierbar.
Es ist zu verstehen, dass die erläuterten Prinzipien auch
für Mehrkammer-Flachrohre mit mehr als zwei Kammern anwendbar
sind. Durch Falztechnik sind Flachrohre der vorliegenden Ausführungsformen
mit einer Wandstärke D unterhalb 0,25 mm möglich.
Durch Überlappung der Falzenden wird eine sichere Verlötung
und Dichtheit nach außen erreicht. Überlappung
bzw. Ineinanderstecken der Bandenden verhindert ein Aufspringen des
Flachrohres im unverlöteten Zustand. Vorliegend wird eine
erhöhte Druckwechselstabilität des Flachrohres
durch Trennung des Flachrohres in mindestens zwei Kammern 1, 2 erreicht.
Einprägungen auf der Innenseite des Flachrohres zur Erhöhung
der Wärmeübertragung wie in 1 sind
bei allen Ausführungsformen realisierbar. Toleranzen in
der Bandbreite gehen nicht in die Verlötqualität
ein. Eine weitere Kammerbildung ist durch Bildung von weiteren Stegen
in Form von Umschlägen möglich oder anderweitig
möglich.
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1 zeigt
dazu ein gefalztes Zwei-Kammer-Flachrohr 10 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 10 weist
eine erste Breitwand 3 und eine zweite Breitwand 4 auf,
die sich gegenüberliegen. Weiter weist das Zweikammer-Flachrohr 10 eine
erste Schmalwand 5 und eine zweite Schmalwand 6 auf,
die sich ebenfalls gegenüberliegen. Die erste und die zweite Breitwand 3, 4 ist
durch einen die zwei Kammern 1, 2 trennenden,
eine Innenseite des Profils bildenden Steg 7 verbunden.
Der Steg weist einen ersten Umschlag 11 und einen zweiten
Umschlag 12 auf. Der erste Umschlag 11 ist mit
zwei Umformabschnitten 11.1, 11.2 des Blechbandes
an der ersten Breitwand 3 gebildet. An einer Umschlagstelle 11.3 zwischen den
zwei Umformabschnitten 11.1, 11.2 kontaktiert der Umschlag 11 die
Innenseite der zweiten Breitwand 4 und ist dort lötverbunden.
Gleichermaßen ist vorliegend der zweite Umschlag mit einem
ersten Umformabschnitt und einem zweiten Umformabschnitt 12.1, 12.2 versehen,
die vom Blechband der zweiten Breitwand 4 gebildet sind.
An einer Umschlagstelle 12.3 zwischen den zwei Umformabschnitten 12.1, 12.2 kontaktiert
der zweite Umschlag 12 die Innenseite der ersten Breitwand 3 und
ist dort lötverbunden. Darüber hinaus liegt der erste
Umschlag 11 und der zweite Umschlag 12 an einer
Anlagefläche 13 in Stegrichtung aneinander an, wobei
an der Anlagefläche 13 eine Lötverbindung
gebildet ist. Darüber hinaus ist eine Lötverbindung
jeweils zwischen den Umformabschnitten 11.1 und 11.2 gebildet
sowie eine weitere Lötverbindung zwischen den Umformabschnitten 12.1 und 12.2.
Der Steg 7 des Zweikammer-Flachrohres 10 weist
damit eine gegenüber dem Stand der Technik überlegene Stabilität
auf.
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Das
Zweikammer-Flachrohr 10 weist vorliegend eine Querschnittsbreite
T auf, die bei 20 mm liegt. Die Querschnittshöhe B liegt
vorliegend bei 4 mm. Die Materialdicke D des Bandmaterials liegt
vorliegend bei 0,4 mm.
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Das
Zweikammer-Flachrohr 10 der 1 ist vorliegend
an der Seite geschlossen, d. h. im Bereich der Schmalwand, vorliegend
der Schmalwand 6 – dazu überlappt ein
umgeformter Randabschnitt 14 eines ersten Seitenabschnitts
des Blechbandes mit einem zweiten umgeformten Randabschnitt 15 eines Seitenabschnitts
des Blechbandes. Der innere Randabschnitt 14 weist dazu
eine Stufe 14.1 zur Bildung einer inneren Anlagefläche 14.2 auf,
welche an einer äußeren Anlagefläche 15.1 des äußeren Randabschnitts 15 anliegt
und dort lötverbunden ist. Vorliegend beträgt
die Überlapplänge c der Anlagefläche 14.2 und 15.1 ein
Vielfaches der Materialdicke D. Möglich ist ein bis zu
50-faches der Materialdicke D, bevorzugt eine 5 bis 30-fache Materialdikke
D. Eine Stirnfläche a des äußeren Randabschnitts 6 stößt
gegen die Stufe 14.1 des inneren Randabschnitts 14.
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Das
Zweikammer-Flachrohr 10 der 1 ist vorliegend
mit Einprägungen 16 versehen, die zur Erzeugung
einer Turbulenz des im Flachrohr strömenden gasförmigen
Fluids dienen und dadurch den Wärmeübergang verbessern.
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Vorliegend
beträgt die Tiefe b dieser Einprägungen 16 etwa
0,5 mm. Je nach Strömungsbedarf kann die Tiefe b dieser
Einprägungen zwischen 0,05 und 5 mm, bevorzugt zwischen
0,15 und 1 mm in Abhängigkeit von der Querschnittshöhe
B liegen.
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In
2 ist
ein weiteres Zweikammer-Flachrohr
20 gezeigt, bei dem gleiche
Teile bzw. Teile gleicher Funktion mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Das Zweikammer-Flachrohr
20 weist einen Steg
7 auf,
welcher mit einem ersten Umschlag
21 und einem zweiten
Umschlag
22 gebildet ist, die gemäß der
in
1 erläuterten Weise aufgebaut sind. Zusätzlich
ist der Steg
7 mit einem dritten Umschlag
23 gebildet,
wobei der erste Umschlag
21 zwischen den zwei weiteren
Umschlägen
22,
23 angeordnet ist und
beidseitig in Anlageflächen
24,
25 mit
diesem verlötet ist. Diese Maßnahme eines mit
drei Umschlägen
21,
22,
23 gebildeten
Stegs
7 erhöht die Stabilität desselben
auch gegenüber einer Aufbringung von Druckkräften
von außen bei der Assemblierung des Zweikammerfalzrohres,
ohne dass die Gefahr besteht, dass sich ein Steg
7 dabei
verformt. Diese Gefahr besteht bei einem einzigen Umschlag wie z.
B. bei einem eingangs erläuterten in
US 6,209,202 B1 gezeigten
Umschlag mit unterschiedlicher Dicke. Der Verschluss des Zweikammer-Flachrohres
20 erfolgt wiederum
seitlich in der anhand von
1 erläuterten
Weise.
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3 zeigt
ein weiteres Zweikammer-Flachrohr, das ähnlich dem in 2 gezeigten
aufgebaut ist, wobei der Steg 7 wiederum mit drei Umschlägen 31, 32, 33 gebildet
ist, die abwechselnd gegeneinander laufend orientiert sind, wobei
der mittlere Umschlag 31 zwischen den äußeren
Umschlägen 32, 33 eingeschlossen und
dort lötverbunden ist. Im Unterschied zum Zweikammer-Flachrohr 20 der 2 ist das
Zweikammer-Flachrohr 30 der 3 nicht
seitlich geschlossen, sondern vielmehr dadurch geschlossen, dass
zwei Randabschnitte 34, 35 im Bereich der ersten
Breitwand 3 überlappen. Vorliegend ist also nur
die erste und zweite Schmalwand 5, 6 sowie die
zweite Breitwand 4 mit einem Innenabschnitt des Blechbandes
gebildet, während die erste Breitwand 3 mit einem
ersten Seitenabschnitt des Blechbands gebildet ist, der den unverformten Randabschnitt 35 aufweist
und durch einen zweiten Seitenabschnitt des Blechbandes gebildet
ist, der den verformten Randabschnitt 34 aufweist. Die
Verformung umfasst eine Stufe 34.1 und eine Anlagefläche 34.2,
die den Randabschnitt 34 nach innen ausstülpt
und zur Anlage der Innenseite des unverformten Randabschnitts 35 dient.
Eine Lotplattierung hat lediglich auf der Außenseite des
Randabschnitts 34 im Bereich der Anlagefläche 34.2 zu
erfolgen, um die Lötverbindung darzustellen.
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4 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 5 in einer
Querschnittsdraufsicht näher dargestellte, durchströmbare
Strömungskanäle 120 auf, wobei jeder
der Strömungskanäle 120 in Form eines
Zweikammer-Flachrohres 10, 20, 30 gebildet
werden kann, wie es in 1 bis 3 erläutert
wurde bzw. in Form eines Mehrkammer-Flachrohres gemäß dem
Konzept der Erfindung. Vorliegend ist schematisch ein Mehrkammer-Flachrohr 10 der 1 beispielhaft
eingezeichnet. Die Strömungskanäle 120 sind
durch Wellrippen 130 beabstandet im Block 110 gehalten.
Der Block 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 ange regt 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 1, 2 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:
eine sich
gegenüberliegende erste und zweite Breitwand 3, 4,
die über eine sich gegenüberliegende, jeweils
einen Umformbereich bildende erste und zweite Schmalwand 5, 6 miteinander
verbunden sind, wobei die Breit- 3, 4 und Schmalwände 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, 21, 31 des Blechbandes
an der ersten Breitwand 3 gebildet ist, wobei der Umschlag 11, 21, 31 an
einer Umschlagstelle zwischen den zwei Umformabschnitten 11.1, 11.2 an
einer Kontaktstelle, insbesondere der Innenseite, der zweiten Breitwand 4 stoffschlüssig
verbunden ist, insbesondere lötverbunden ist. Gemäß dem
Konzept der Erfindung weist der Steg 7 mindestens einen
weiteren Umschlag 12, 22, 23, 32, 33 mit
zwei weiteren Umformabschnitten 12.1, 12.2 des
Blechbandes an der zweiten Breitwand 4 auf, wobei der weitere
Umschlag 12, 22, 23, 32, 33 an
einer Umschlagstelle 12.3 zwischen den zwei Umformabschnitten 12.1, 12.2 an
einer Kontaktstelle, insbesondere der Innenseite, der ersten Breitwand 3 stoffschlüssig
verbunden ist, insbesondere lötverbunden ist, und der eine
Umschlag 11 und der weitere Umschlag 12 an einer
Anlagefläche 13, insbesondere in Stegrichtung,
aneinander anliegen, insbesondere stoffschlüssig verbunden sind,
insbesondere lötverbunden sind.
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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, 0054]