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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
Lotplattierung außen 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 Wärmeübertragers.
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 kleinen Bereich auf der Innenseite, einseitig oder beidseitig,
an der Verlötfläche, z. B. einer Sicke, wobei
es vergleichsweise schwierig ist, ein Band nur mittig partiell mit
Lot zu beschichten. Nachteilig bei den 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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Grundsätzlich
können gefalzte Flachrohre nach der Fertigung nach außen
und innen undicht sein und sind sinnvoll vor allem bei Flachrohren
mit mindestens zwei Kammern, sogenannten Mehrkammerflachrohren.
Die interne und externe Dichtheit erfolgt erst nach dem Löten.
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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 beschriebenen 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
eines Blechbandes 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 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 6,209,202 B1 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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In
EP 0 632 245 A1 ist
ein gefalztes Mehrkammer-Flachrohr gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 beschrieben, bei dem die Verlötung und die
Ausbildung einer Sicke mit den eingangs genannten Problemen verbunden
ist und eine Sicke noch verbesserungswürdig ist. Ein ähnliches
Rohr ist in
1 näher dargestellt.
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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, insbesondere mit einer verbesserten
Lötung im Bereich einer Sicke, hergestellt werden kann.
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Die
Aufgabe wird durch die Erfindung mittels eines Mehrkammer-Flachrohrs
der eingangs genannten Art gelöst, bei dem erfindungsgemäß die Merkmale
gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1
vorgesehen sind.
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Die
Erfindung geht von der Überlegung aus, dass bei einem eingangs
genannten Mehrkammer-Flachrohr mit im Sickenbereich am Steg aufeinander
stoßenden Bandenden zum einen die Stabilität des
Stegs noch verbesserungswürdig ist und zum anderen für
eine ausreichende Verlötung eine Lotplattierung auf der
Innenseite der Randabschnitte des Blechbandes erfolgen muss. Davon
ausgehend hat die Erfindung erkannt, dass unter weitgehender Vermeidung
von aufeinander stoßenden Bandenden die Nachteile beider beschriebener
Problemkreise beseitigt werden können. Die Erfindung sieht
dazu in einer ersten Variante vor, dass das Profil im Bereich der
Sicke durch wenigstens einen Randabschnitt des Blechbandes geschlossen
ist. In einer zweiten Variante sieht die Erfindung vor, dass das
Profil im Bereich einer Breitwand oder Schmalwand durch wenigstens
einen Randabschnitt des Blechbandes geschlossen ist. Bei beiden
Varianten ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass
der wenigstens eine Randabschnitt überlappend angeordnet
ist, beispielsweise überlappend mit einem weiteren Randabschnitt
oder Innenabschnitt des Blechbandes. Auf diese Weise wird es möglich,
zum einen eine Verstärkung der Sicke, insbesondere des
Stegs am Sickengrund und/oder einer Sickenseite, herbeizuführen
und gleichzeitig eine Blechband – außenseitige
Lotplattierung vorzusehen, die eine in der Herstellung vereinfachte
und dennoch gute Verlötung erlaubt.
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Gemäß der
ersten Variante des erfindungsgemäßen Konzepts
ist vorgesehen, dass der Sickengrund mit wenigstens drei aneinander
liegenden Umformabschnitten gebildet ist – dies führt
zu einer besonders vorteilhaft, verstärkten Stegausbildung
am Sickengrund. Zusätzlich oder alternativ ist gemäß der ersten
Variante des erfindungsgemäßen Konzepts vorgesehen,
dass die Sickenseite mit wenigstens zwei aneinander liegenden Umformabschnitten
gebildet ist. Dies führt ebenso zu einer vorteilhaften
Verstärkung jedenfalls der Sickenseite. Die genannten Umformabschnitte
sind vorzugsweise flächig aneinander liegend angeordnet.
Insbesondere hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass einer oder
mehrere der Umformabschnitte Teil eines Umschlags sind. Unter einem
Umschlag ist vorliegend die Anordnung von zwei aneinander liegenden,
insbesondere um 180°, "umgeschlagenen" Umformabschnitten
zu verstehen.
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Gemäß der
zweiten Variante der Erfindung ist der Sickengrund und/oder die
Sickenseite mit wenigstens zwei aneinander liegenden Umformabschnitten
gebildet. Gemäß dem Konzept der Erfindung in der
zweiten Variante sind die die Sicken bildenden Umformabschnitte
vorzugsweise allesamt Teil eines Innenabschnitts des Blechbandes.
Insgesamt führt die zweite Variante zu einer vergleichsweise
stabileren Ausführung eines Mehrkammer-Flachrohres, weil
sowohl im Bereich der Sicke als auch im Bereich einer Schmalwand
oder Breitwand überlappende Abschnitte des Blechbandes
angeordnet sind.
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Vorzugsweise
liegen Umformabschnitte und/oder Randabschnitte gemäß der
ersten und/oder zweiten Variante des erfindungsgemäßen
Konzepts flächig aneinander an. Dies führt zu
einer besonders stabilen Ausführung der Anlage. Es ist
weiter zu verstehen, dass die Rollen der ersten und zweiten Breitwand,
ebenso wie der ersten und zweiten Schmalwand, vertauschbar sind.
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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
nachdem Löten und lässt dadurch auch getrennte
Strömungsrichtungen in den Kammern zu. Ein Flachrohr lässt
durch zwei getrennte 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 versehener
Korrosions-Schutzplattierung zu versehen. Auf der Innenseite ist
somit 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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Gemäß einer
oder mehrerer besonderes bevorzugter Weiterbildungen des Konzepts
der Erfindung ist das Flachrohr gefalzt, wobei der Mittenbereich
bzw. Sickenbereich nicht durchgängig ist, sondern eine
Art Trapezsicke darstellt. In diesem Sickenbereich liegen die Materialdicken „aufeinander".
Wird das Flachrohr derart verwendet, dass die beiden Kammern unterschiedlich
durchströmt werden, d. h. Umlenkung in der Tiefe, wird
die Trennwand, welche die beiden Kammern trennt, über diesen
Mittenbereich gebracht, d. h. die Schlitzbreite der Trennwand entspricht
der Anzahl der Materialdicken im Sickenbereich. Durch die Form des
Sickenbereiches sind beide Kammern definiert getrennt. Das Flachrohr kann
mehrere, mindestens zwei, Kanäle, d. h. Kammern besitzen.
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Die
Flachrohrbreite bzw. Querschnittshöhe, incl. Lot- und Schutzplatierung,
kann sich im Bereich 0,5–10 mm bewegen – bevorzugt:
0,8–5 mm. Eine Materialdicke des Bandmaterials vor dem
Verlöten kann sich im Bereich 0,08–2 mm bewegen – bevorzugt:
0,1–0,5 mm. Eine Rohrtiefe bzw. Querschnittsbreite T kann
sich im Bereich 10–100 mm bewegen – bevorzugt
14–60 mm. Eine innere Stegbreite kann sich im Bereich 0,5–10
mm bewegen – bevorzugt 0,5–5 mm. Eine äußere
Stegbreite kann sich im Bereich 1–15 mm bewegen – bevorzugt
2–10 mm.
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Das
Flachrohr kann auch Einprägungen, z. B. Winglets, versehen
werden. Diese Einprägungen erhöhen die Turbulenz
des im Flachrohr strömenden Mediums und verbessert den
Wärmeübergang. Die Tiefe dieser Einprägung
beträgt vorteilhaft ca. 0,05–5 mm, bevorzugt 0,15–1
mm abhängig von der Rohrbreite. Die Einprägungen
können sich nur in einem Kanal 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 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 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 Erläute rung 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
Ausführungsform eines Mehrkammer-Flachrohres ähnlich
dem Stand der Technik, d. h. ohne verstärkten Steg mit
aufeinander stoßenden Bandenden. Dies führt zwar
zu einer Materialeinsparung, jedoch liegen beide Bandinnenseiten
aufeinander, so dass eine Innenplattierung des Bandmaterials notwendig
erscheint;
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2 eine
erste Ausführungsform eines Mehrkammer-Flachrohres gemäß der
Erfindung, bei dem die beiden Bandenden um 180° umgeschlagen werden.
Es entsteht eine dreifache Materialdicke im Sickenbereich. Auf eine
Innenplattierung kann verzichtet werden – das Lot für
die Verlötung der Sicke kommt durch den 180°-Umschlag
und das Bandmaterial ist außen lotplattiert. Das ist insbesondere
sinnvoll, um auch die Wellrippe, die in diesem Fall unplattiert
ist, mit dem Flachrohr zu verlöten. Das für die Verlötung
notwendige Flussmittel kann entweder während der Flachrohrfertigung
im Sickenbereich eingebracht werden oder nach der Fertigung durch Besprühen
im 180°-Umschlag. Flussmittel dringt durch Kapiallarkräfte
zwischen 180°-Umschlag und Unterseite. Der Toleranzausgleich
des Bandes kann im Umschlag eingebracht werden;
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3 eine
zweite Ausführungsform eines Mehrkammer-Flachrohres, bei
dem die Bandenden nicht mit der Unterseite auf der Horizontalen
liegen, sondern in die „Unterschenkel" der Trapezform greifen.
Dadurch verkrallt sich das Flachrohr und verhindert ein „Aufgehen"
vor dem Verlöten im Urzustand. Eine Innenplattierung des
Flachrohres ist nicht notwendig, da Außenseite auf Innenseite
liegt. Eine Befluxung kann im Fertigungsprozess des Flachrohres aber
auch danach von außen erfolgen;
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4 eine
dritte Ausführungsform eines Mehrkammer-Flachrohres, ähnlich
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3,
jedoch werden wie in 2 beschrieben die Bandenden
180° umgeschlagen. Dadurch erhöht sich die Steifigkeit
in der Mitte, insbesondere nach dem Verlöten – ein
einseitig außen lotplattiertes Band ist ausreichend;
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5 eine
vierte Ausführungsform eines Mehrkammer-Flachrohres gemäß der
Erfindung, welche im Wesentlichen die Prinzipien der 4 und 3 kombiniert.
Eine Formgebung des Bodens, in den das Flachrohr einragt, entspricht
derjenigen der 4;
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6 eine
fünfte Ausführungsform eines Mehrkammer-Flachrohres
gemäß der Erfindung – in dieser Variante
wird der Mittenbereich so verprägt/verquetscht, dass das
Flachrohr schon vor dem Verlöten sehr eigenstabil ist und
eine sehr große Verwindungssteifigkeit besitzt – die
Flachrohrenden bleiben fixiert. Die Breite des Sickenbereiches ist
größer, vorliegend die fünffache Materialstärke.
Das Flachrohr ist mittensymmetrisch. Eine Außenplattierung des
Bandmaterials langt für die Verlötung des Sickenbereiches
aus;
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7 eine
sechste Ausführungsform eines Mehrkammer-Flachrohres gemäß der
Erfindung – diese Variante ist nicht vertikal symmetrisch.
Ein Bandende wird um 180° umgeschlagen, das andere nicht.
Durch den Umschlag reicht es auch hier aus, wenn das Bandmaterial
nur außen beschichtet ist. Die Breite des Sickenbereiches
entspricht der vierfachen Materialstärke;
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8 eine
siebte Ausführungsform eines Mehrkammer-Flachrohres gemäß der
Erfindung als abgewandelte Variante von 7, jedoch
wird auch das andere Bandende um 180° umgeschlagen. Auch hier
reicht für die Verlötung der Sicke ein Bandmaterial,
das nur außen lotplattiert ist. Die Breite des Sickenbereichs
erhöht sich auf die fünffache Materialstärke;
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9 eine
achte Ausführungsform eines Mehrkammer-Flachrohres gemäß der
Erfindung, wobei es, ähnlich wie bei den 11 und 12,
zum „Umschlag" des Bandmaterials im Sickenbereich kommt.
Wird eine unverlötete Wellrippe eingesetzt, so ist bei
den Rohren der 9–12 ein
Bandmaterial notwendig, dass innen und aussen lotplattiert ist;
Basis für das Rohr der 9 ist das
der 7 – ein Bandende ist 180° umgeschlagen,
das andere nicht. Toleranzausgleich der Bandlänge kann
im 180° Umschlag erfolgen. Die Breite des Sickenbereiches entspricht
der vierfachen Materialstärke;
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10 eine
neunte Ausführungsform eines Mehrkammer-Flachrohres gemäß der
Erfindung, bei der das Flachrohr ähnlich wie bei 19,
punktsymmetrisch aufgebaut ist – ein Umschlag der Bandenden
besteht nicht. Die Breite des Sickenbereiches entspricht der dreifachen
Materialstärke – die Sicke hat eine trapezförmige
Kontur;
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11 eine
zehnte Ausführungsform eines Mehrkammer-Flachrohres gemäß der
Erfindung, die auf 10 aufbaut, d. h. beide Bandenden
sind nicht umgeschlagen. Jedoch wird das Band in der Mitte mehrmals
umgeschlagen. Die Breite des Sickenbereiches entspricht der siebenfachen
Materialstärke;
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12 eine
elfte Ausführungsform eines Mehrkammer-Flachrohres gemäß der
Erfindung ähnlich 11, d.
h. auch hier ist das Bandmaterial in der Mitte mehrmals umgeschlagen.
Die Bandenden sind jedoch in diese Umschläge integriert/eingeschoben;
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13 eine
zwölfte Ausführungsform eines Mehrkammer-Flachrohres
gemäß der Erfindung mit einem Sickenbereich ähnlich 1,
jedoch befinden sich die Bandenden nicht im Sickenbereich, sondern im äußeren
Radiusbereich; das Bandmaterial muss innenplattiert sein, wenn keine
lotplattierte Wellrippe verwendet wird;
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14 eine
dreizehnte Ausführungsform eines Mehrkammer-Flachrohres
gemäß der Erfindung, bei der sich die Bandenden
mittig an einer Breitwand einer Kammer, d. h. in einem der Flachrohrkanäle, befindet;
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15 eine
vierzehnte Ausführungsform eines Mehrkammer-Flachrohres
gemäß der Erfindung, bei der sich das Bandende – wie
in 13 – im äußeren Radiusbereich
befindet, jedoch liegen die Bandenden planparallel nach innen geschlagen
aufeinander;
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16 die
dritte Ausführungsform des Mehrkammer-Flachrohres gemäß 4 mit
eingetragenen Angaben zur Querschnittsbreite T, Querschnittshöhe
B und Materialstärke D des Blechbandes sowie zur Breite
S1 der Sicke und zur Breite S2 des Sickengrundes;
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17 eine
abgewandelte Ausführungsform eines Mehrkammer-Flachrohres
gemäß der Erfindung, bei dem auf Grundlage der
dritten Ausführungsform – wie in 4 und 16 dargestellt – eine
Turbulenz erzeugende Profilierung auf der Innenseite des Profils
angeordnet ist – solche und ähnliche Profilierungen,
beispielsweise in Form von Winglets, Noppen, Rippen, Dimpel oder
dergleichen können auch bei den in 1 bis 16 dargestellten Ausführungsformen
je nach Bedarf und Zweckmäßigkeit vorgesehen werden;
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18 eine
fünfzehnte Ausführungsform eines Mehrkammer-Flachrohres
gemäß der Erfindung, bei der die Sicke eine rechteckförmige
Kontur aufweist und der Stegbereich nicht spiegelsymmetrisch bezüglich
der Querschnittsbreite ausgeführt ist, sondern stattdessen
punktsymmetrisch, d. h. der Steg verbindet vorliegend in Form eines
Innenabschnittes des Blechbandes zwei diametral gegenüberliegende Kammerwände
einer ersten und zweiten Breitwand – vorliegend ist die
Sickenseite mit zwei, flächig aneinander liegenden Umformabschnitten
gebildet;
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19 eine
sechzehnte Ausführungsform eines Mehrkammer-Flachrohres
gemäß der Erfindung, bei dem der Stegbereich ähnlich
wie in 18 punktsymmetrisch ausgeführt
ist und der Sickengrund mit drei, flächig aneinander liegenden
Umformabschnitten gebildet ist – im Unterschied zu 10 ist
die Sicke vorliegend mit einer rechteckförmigen Kontur
gebildet;
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20 eine
siebzehnte Ausführungsform eines Mehrkammer-Flachrohres
gemäß der Erfindung, bei der der Sickengrund mit
vier, flächig aneinander liegenden Umformabschnitten gebildet
ist und ansonsten – dem Prinzip von 10 bis 12 folgend,
punktsymmetrisch, ähnlich wie in 18 und 19 mit
einer rechteckförmigen Sicke ausgebildet ist – vorliegend
sind zwei Blechbänder verarbeitet, deren Randbereiche die
Sicke bilden;
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21 eine
bevorzugte Ausführungsform eines Wärmetauschers
mit einem Mehrkammer-Flachrohr der zuvor genannten Ausführungsformen;
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22 eine
Querschnittsdraufsicht auf den Wärmetauscher der 21.
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Die
folgenden Ausführungsformen zeigen jeweils ein Mehrkammer-Flachrohr
mit vorliegend zwei, vorzugsweise fluiddicht, getrennten Kammern – bevorzugt
sind mindestens zwei Kammern vorhanden, d. h. es kann auch eine
höhere Anzahl realisiert sein. Dadurch ist eine gegen-
bzw. gleichgerichtete Durchströmung realisierbar. Durch
Falztechnik sind Flachrohre mit einer Wandstärke unterhalb
von 0,25 mm möglich.
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Durch
eine Ausbildung, vorzugsweise „Trapezausbildung" oder "Rechteckausbildung",
des Sickenbereiches gemäß dem Konzept der Erfindung, sind
beide Kammern definiert getrennt. Bei Verwendung einer Längstrennwand,
die im Mittenbereich quer zum Flachrohr positioniert ist, wobei
eine Schlitzbreite der Trennwand der Sickenbreite in der Mitte des
Flachrohres entspricht, sind beide Kammern eindeutig getrennt. Durch
Separierung der beiden Kammern ist eine hohe Druckwechselstabilität des
Flachrohres vorhanden.
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Eine
Lotplattierung nur auf der Außenseite ist bei den meisten
Varianten realisierbar. Dadurch ist durch Verwendung von einer Schutzplattierung
auf der Innenseite erhöhte Beständigkeit gegen
korrosive Medien gegeben. Einprägungen auf der Innenseite
des Flachrohres zur Erhöhung der Wärmeübertragung
ist bei allen Varianten realisierbar. Toleranzen in der Bandbreite
gehen nicht in die Verlötqualität ein.
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1 zeigt – ähnlich
wie in
EP 0 632 245
A1 – ein gefalztes 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 vorliegend
als Zweikammer-Flachrohr ausgebildete Mehrkammer-Flachrohr R1 weist
eine erste Breitwand
3 und eine zweite Breitwand
4 auf,
die sich gegenüberliegen. Weiter weist das Mehrkammer-Flachrohr
R1 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.
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Das
Profil weist zwischen den zwei Kammern
1,
2 eine
Sicke
11 auf, die beidseitig, d. h. in der ersten Breitwand
3 und
in der zweiten Breitwand
4, im Bereich des Steges
7 gebildet
ist und vorliegend der Einfachheit halber mit dem gleichen Bezugszeichen
11 versehen
ist. Jede der Sicken
11 hat einen Sickengrund
12 sowie
eine erste Sickenseite
13.1 auf der Seite der ersten Kammer
1 und
eine zweite Sickenseite
13.2 auf der Seite der zweiten
Kammer
2. Der untere Teil des Sickengrundes
12 ist
vorliegend, ebenso wie die sich daran anschließenden unteren Sickenseiten
13.1,
13.2 mit
Umformabschnitten gebildet, die Teile eines Innenabschnittes des
Blechbandes sind. Der obere Sickengrund
12 ist vorliegend – ähnlich
wie in
EP 0 632 245
A1 – durch mittig am Steg
7 aufeinanderstoßende
Bandenden eines Randabschnitts des Blechbandes gebildet, wobei sich
an die Bandenden jeweils Umformabschnitte zur Bildung einer Sickenseite
13.1 bzw.
13.2 anschließen.
Dadurch wird ein mit in
16 näher
bezeichneter Steg
7 mit doppelter Materialstärke
D gebildet, welcher sich quer zu einer Querschnittshöhe
B, d. h. in Richtung einer Querschnittsbreite T erstreckt. Sowohl
die Stabilität des Stegs
7 beim Mehrkammer-Flachrohr
R1 als auch die vorliegend notwendige innenseitige Lotplattierung
eines Bandendes bzw. eines Innenabschnitts eines Blechbandes im
Bereich des Sickengrundes ist, wie von der Erfindung erkannt, verbesserungswürdig.
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Der
Einfachheit halber sind für die Erläuterung der
weiteren Ausführungsformen identische Merkmale oder Teile
bzw. Teile oder Merkmale gleicher Funktion mit den gleichen Bezugszeichen
wie in 1 versehen bzw. es wird auf gleiche Teile oder Merkmale
mit einander entsprechender Funktion unter Referenz der gleichen
Bezugszeichen Bezug genommen, ohne dass diese Bezugszeichen im Einzelnen
in den weiteren Figuren ausgeführt sind.
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Die
im Folgenden erläuterten Ausführungsformen von
Mehrkammer-Flachrohren R2 bis R20 mit zwei Kammern 1, 2 weisen
allesamt eine vorteilhafte Verstärkung des Stegs 7 und
unter Ausbildung einer Sicke 11 mit vorteilhafter Lotplattierung
auf, so dass die Stabilität eines bevorzugten Mehrkammer-Flachrohres
R2 bis R20 bei gleichzeitig vereinfachter Herstellung erhöht
ist.
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Insbesondere
zeigen 2 bis 12 Ausführungsformen
von Mehrkammer-Flachrohren R2 bis R12 gemäß der
ersten Variante der Erfindung, bei der das Profil im Bereich der
Sicke 11 durch wenigstens einen überlappen den
Randabschnitt 41, 42 des Blechbandes geschlossen
ist. Vorliegend sind dazu im Bereich der Sicke 11 jeweils
zwei Randabschnitte 41, 42 zueinander geführt,
die jeweils an einem Innenabschnitt 31 des Blechbandes
im Bereich der Sicke 11 anliegen. Dazu können
wenigstens drei, flächig aneinanderliegende Umformabschnitte
zur Bildung eines Sickengrundes 12 – wie bei den
Mehrkammer-Flachrohren R2, R4 bis R12, in 2 sowie in
den 4 bis 12 – vorgesehen
sein. Zusätzlich oder alternativ kann eine Sickenseite 13.1, 13.2 – wie
bei den Mehrkammer-Flachrohren R3 bis R5, in 3 bis 5 – mit
wenigstens zwei, flächig aneinanderliegenden Umformabschnitten
gebildet sein. Vorliegend liegt dazu ein entsprechender Umformabschnitt 41.2, 41.3, 42.2, 42.3 eines Randabschnitts
an einem Innenabschnitt 31.1, 31.2 des gleichen
Blechbandes an.
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Insbesondere
kann dazu – wie bei den Mehrkammer-Flachrohren R2 bis R8,
in 2 bis 8 – der Steg 7 mit
einem gleichseitig – d. h. im unteren Stegbereich oder
im oberen Stegbereich, zur Bildung eines unteren Sickengrundes 12 oder
eines oberen Sickengrundes 12 – durchgängig
verlaufenden Innenabschnitt des Blechbandes gebildet sein. Alternativ
kann auch – wie bei den Mehrkammer-Flachrohren R9 bis R12,
in 9 bis 12 – ein
diametral verlaufender Innenabschnitt vorgesehen sein, welcher zur
Bildung eines Stegs 7 durchgehend von einer unteren Kammerwand
einer zweiten Breitwand 4 zu einer oberen Kammerwand einer
ersten Breitwand 3 des Blechbandes verläuft – ausgehend
von einer ersten Kammer 1 zu einer zweiten Kammer 2 oder
ausgehend von einer zweiten Kammer 2 zu einer ersten Kammer 1.
Die zuvor genannten Mehrkammer-Flachrohre R2 bis R8 weisen vorteilhaft
einen in etwa spiegelsymmetrischen Aufbau im Stegbereich auf, können
aber auch unsymmetrisch aufgebaut sein. Die zuletzt genannten Mehrkammer-Flachrohre
R9 bis R12 weisen vorteilhaft einen in etwa punkt symmetrischen Aufbau
im Stegbereich auf, können aber auch unsymmetrisch ausgebildet
sein.
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Die
Mehrkammer-Flachrohre R13 bis R15 der 13 bis 15 stellen
bevorzugte Ausführungsformen gemäß einer
zweiten Variante der Erfindung dar, bei welchen das Profil im Bereich
einer Breitwand 3, 4 oder Schmalwand 5, 6 durch
wenigstens einen überlappenden Randabschnitt 41, 42 des Blechbandes
geschlossen ist. Dazu liegen vorliegend bevorzugt zwei Randabschnitte 41, 42 des Blechbandes
bzw. daraus geformte Umformabschnitte flächig aneinander
an. Ein Sickengrund und eine Sickenseite sind dabei regelmäßig
durch aneinanderliegende Innenabschnitte 31, 32 des
Blechbandes gebildet, insbesondere mit wenigsten zwei, flächig aneinanderliegenden
Umformabschnitten eines oder mehrerer Innenabschnitte des Blechbandes.
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Weitere
Ausführungsformen von Mehrkammer-Flachrohren R18 bis R20
gemäß der ersten Variante sind in 18 bis 20 gezeigt,
wobei diese zusätzlich noppenförmige sich gegenüberliegende Strukturelemente
im Innenraum einer Kammer aufweisen, die aufeinander stehen. Dadurch
wird vorteilhaft eine Stabilität des Mehrkammer-Flachrohres R18
bis R20 erhöht. Solche und andere Strukturelemente 21, 22 können
bei allen Mehrkammer-Flachrohren R1 bis R20 vorgesehen sein.
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Im
Einzelnen zeigt 2 ein Mehrkammer-Flachrohr R2,
bei dem Umformabschnitte 31.1, 31.2 – als
Teil eines gleichseitig verlaufenden Innenabschnittes des Blechbandes – jeweils
eine untere geradlinig verlaufene Sickenseite bilden. Zwischen den
Umformabschnitten 31.1, 31.2 ist ein zur Bildung der
trapezförmigen unteren Sicke 11 ebenfalls geradlinig
verlaufender Umformabschnitt 31.3 eines Innenabschnitts
des Blechbandes angeordnet. Der Umformabschnitt 31.3 bildet
vorliegend den unteren Teil des Steges 7 und stellt damit
den Sickengrund 12 der unteren Sicke 11 dar.
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Der
Sickengrund 12 der oberen Sicke 11 ist vorliegend
durch zwei Umschläge 41, 42, jeweils
mit Umformabschnitten 41.1, 41.2 bzw. 42.1., 42.2 gebildet,
die im Bereich einer Umschlagstelle – jeweils zwischen
den Umformabschnitten 41.1, 41.2 bzw. 41.1, 42.2 – in
mittiger Höhe des Stegs 7 gegeneinanderstoßen.
Die Umschläge 41, 42 sind ebenso wie die
Sickenseiten bildenden Umformabschnitte 43, 44 Teil
von Randabschnitten, welche die obere Sicke 11 bilden und
die mit dem die untere Sicke 11 bildenden Innenabschnitt
am Umformabschnitt 31.3 überlappen. Dadurch wird
vorliegend ein gegenüber dem Stand der Technik überlegener
Steg 7 geschaffen, der sich als stabiler und leichter herstellbar
erweist, weil entsprechende Umformabschnitte 41.2, 42.2 lediglich
außenseitig lotplattiert werden müssen, um eine
ausreichende Verlötung zu erreichen. Der den Steg 7 ausmachende
Sickengrund 12 weist vorliegend insgesamt drei flächig
aneinanderliegende Umformabschnitte auf, so dass die insgesamt dreifache Materialstärke
für eine besonders hohe Stegstabilität sorgt.
Linksseitig der Spiegelsymmetrieachse des Stegs 7 sind
dies die flächig aufeinanderliegenden Umformabschnitte 41.1, 41.2 und 31.3 bzw.
rechtsseitig der Spiegelsymmetrieachse die Umformabschnitte 42.1, 42.2, 31.3.
Der Steg 7 sowie der gesamte Bereich der Sicken 11 und
das Rohr sind vorliegend spiegelsymmetrisch ausgeführt.
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3 zeigt
eine weitere Ausführungsform eines Mehrkammer-Flachrohres
R3 gemäß der ersten Variante der Erfindung, bei
welcher in 2 ein gleichseitig geführter
Innenabschnitt mit Umformabschnitten 31.1, 31.2 Sickenseiten
und mit Umformabschnitt 31.3 einen Sickengrund der unteren Sicke 11 bildet.
Vorliegend bildet der Umformabschnitt 31.3 des Innenabschnitts
auch den Sickengrund 12 der oberen Sicke 11 des
Mehrkammer-Flachrohres R3, so dass der Steg 7 vorliegend mit
lediglich einfacher Materialstärke D ausgeführt ist,
nämlich der Materialstärke D des Umformabschnitts 31.3.
Um dennoch eine ausreichende Stabilität des MehrkammerFlachrohres
R3 im Bereich der Sicken 11 zu gewährleisten,
sind vorliegend die Sickenseiten 13.1, 13.2 der
unteren Sicke 11 mit zwei flächig anliegenden
Umformabschnitten 41.2 bzw. 42.2 der Randabschnitte 41, 42 des
Blechbandes gebildet. Dadurch werden die Sickenseiten 13.1, 13.2 der
unteren Sicke 11 mit doppelter Materialstärke
ausgeführt. Zudem ist eine lediglich außenseitige Lotplattierung
im Bereich der Umformabschnitte 41.2 und 42.2 erforderlich,
so dass das Mehrkammer-Flachrohr R3 besonders einfach hergestellt
werden kann. Die weiteren Umformabschnitte 41.1, 42.1 der
Randabschnitte 41, 42 bilden Sickenseiten 13.1, 13.2 der
oberen Sicke 11, während der Sickengrund 12 der
oberen Sicke 11 durch den zuvor erwähnten Umformabschnitt 31.3 des
Innenabschnitts des Blechbandes gebildet ist.
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Das
Mehrkammer-Flachrohr R4 in 4 kombiniert
die Vorteile der Mehrkammer-Flachrohre R2 und R3, indem der Steg 7 mit
dreifacher Materialstärke eines Umformabschnitts 31.3 eines
Innenabschnitts des Blechbandes und Umformabschnitten 41.1, 41.2 bzw. 42.1, 42.2 von
Randabschnitten 41, 42 gebildet ist. Darüber
hinaus sind die Randabschnitte 41, 42 länger
ausgeführt und weisen weitere Umformabschnitte 41.3, 42.3 auf,
die zusätzlich – wie anhand von 3 erläutert – im
Bereich der Sickenseiten 13.1, 13.2 der unteren
Sicke 11 an Umformabschnitten 31.1, 31.2 des
Innenabschnittes des Blechbandes anliegen, so dass die Sickenseiten 13.1, 13.2 der
unteren Sicke 11 mit doppelter Materialstärke
ausgeführt sind. Die oberen Sickenseiten werden durch Umformabschnitte 41.4, 42.4 der Randabschnitte 41, 42 mit
einfacher Materialstärke D gebildet.
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Während
die Mehrkammer-Flachrohre R1 bis R4 der 1 bis 4 spiegelsymmetrisch
bezüglich einer in der Mitte des Stegs 7 angeordneten Spiegelachse
ausgeführt sind, ist das Mehrkammer-Flachrohr R5 der 5 unsymmetrisch
ausgeführt. Dabei ist rechtsseitig die Ausführung
der oberen Sicke 11 gemäß dem anhand
von 4 erläuterten Prinzip verwirklicht – ein
entsprechender Randabschnitt 42 ist vorliegend mit Umformabschnitten 42.1, 42.2 zur
Bildung eines Umschlags und weiteren Umformabschnitten 42.4, 42.3 ausgeführt,
um Sickenseiten 13.2 einer oberen Sicke 11 und
einer unteren Sicke 11 zu verstärken. Im Unterschied
zu 4 ist der Umschlag aus Umformabschnitten 42.1, 42.2 länger
ausgeführt und erstreckt sich über die gesamte
Breite S2 (16) des Sickengrundes. Damit
ist der Steg 7 insgesamt mit dreifacher Materialstärke
von Umformabschnitten 31.3, 42.2, 42.1 gebildet.
Linksseitig ist ein Randabschnitt 41 mit Umformabschnitten 41.1, 41.2,
wie in 3 dargestellt, realisiert. Die Randabschnitte
sind im Bereich einer Umschlagstelle zwischen Umformabschnitten 42.1, 42.2 bzw.
Umformstelle zwischen Umformabschnitten 41.1, 41.2 stoffschlüssig
verbunden.
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Das
Mehrkammer-Flachrohr R6 der 6 weist
zur Bildung eines Stegs 7 einen Innenabschnitt 31 eines
Blechbandes auf, welcher, wie in den zuvor erläuterten
Ausführungsformen Umformabschnitte 31.1, 31.2 zur
Bildung von Sickenseiten einer unteren Sicke 11 vorsieht.
Ein weiterer Umformabschnitt 31.3 dient zur Bildung eines
Sickengrundes 12 der unteren Sicke 11, weist jedoch
im Unterschied zu den zuvor erläuterten Ausführungsformen
eine T-förmige und doppelwandig ausgeführte Ausstülpung
auf, die längs der Querschnittshöhe B entlang
des Stammteils des T's als auch längs einer Querschnittsbreite
T im Querteil des T's zu einer doppelten Materialstärke D
führt. Die T-förmige Ausstülpung bildet
einen Hinterschnitt, in den Umschläge von Randabschnitten 41, 42 mit
Umformabschnitten 41.1, 41.2 bzw. 42.1, 42.2 eingreifen.
Dies führt zu einer die Rohrsteifigkeit wesentlich erhöhenden
Verwindung von Abschnitten des Blechbandes bei gleichzeitig überlegener
Stegstärke im Bereich der fünffachen Materialstärke.
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7 zeigt
ein Mehrkammer-Flachrohr R7, bei dem zur Bildung der unteren Sicke 11 ein
Innenabschnitt 31 des Blechbandes, wie bei den Mehrkammer-Flachrohren
R1 bis R5 ausgeführt ist. Ein linksseitiger Randabschnitt 41 weist
einen Umschlag mit Umformabschnitten 41.1, 41.2 auf,
der mittig zum Steg 7 platziert ist und wobei dieser Umschlag
zwischen dem Umformabschnitt 31.3 des Innenabschnitts 31 des
Blechbandes und einem weiteren Randabschnitt 42 des Blechbandes
gefasst ist. Der Randabschnitt 41 ist praktisch wie beim
Mehrkammer-Flachrohr R2 der 2 ausgeführt,
während der Randabschnitt 42 eine im Wesentlichen
langgestreckte S-förmige Kontur aufweist. Dadurch ergibt sich
ein Sickengrund 12 der oberen Sicke 11, welcher insofern
uneben ist, als dass ein Übergang vom Randabschnitt 42 zum
Randabschnitt 41 – hier vom Sickengrund zur Sickenseite
der oberen Sicke 11 – ausgeführt ist.
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8 zeigt
ein weiteres Mehrkammer-Flachrohr R8, bei dem vorliegend die obere
Sicke 11 mit einem Innenabschnitt 31 des Blechbandes
der ersten Breitwand 3, ähnlich wie bei den Mehrkammer-Flachrohren
R2 bis R5, mit Umformabschnitten 31.1, 31.2, 31.3 gebildet
ist. Der Steg 7 ist weiter, neben dem Umformabschnitt 31.3,
jeweils mit einem Umschlag der Randabschnitte 41, 42 gebildet,
so dass sich insgesamt für den Steg 7 eine fünffache
Materialstärke ergibt. Die Umschläge der Randabschnitte 41, 42 sind
mittig zum Umformabschnitt 31.3 am Steg 7 platziert.
Die linke Sickenseite 13.1 der unteren Sicke 11 ist
vorliegend als eine S-förmige Anordnung von Umformabschnitten
des Randabschnitts 41 gebildet, die sich am Umschlag des
Randabschnitts 41 anschließt. Die rechte Sickenseite 13.2 der
unteren Sicke 11 ist vorliegend durch eine S-förmige
Anordnung von weiteren Umformabschnitten des Randabschnitts 42 gebildet,
welche sich am Umschlag des Randabschnitts 42 anschließt.
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Während
die zuvor erläuterten Ausführungsformen von Mehrkammer-Flachrohren
R2 bis R8 einen im Wesentlichen gleichseitig verlaufenden Innenabschnitt 31 eines
Blechbandes vorsehen, ist bei den in 9 bis 12 gezeigten
Ausführungsformen der Mehrkammer-Flachrohre R9 bis R12
ein diametraler Innenabschnitt 31 vorgesehen, welcher vorliegend
von einer zweiten Breitwand 4 der ersten Kammer 1 durchgehend
zur ersten Breitwand 3 der zweiten Kammer 2 verläuft.
Der Innenabschnitt 31 weist vorliegend Umformabschnitte 31.1, 31.2 auf, die
in dieser Reihenfolge eine Sickenseite 13.1 einer unteren
Sicke 11 und eine Sickenseite 13.2 einer oberen
Sicke 11 bilden, während ein mittlerer Umformabschnitt 31.3 einen
mittigen Bereich des Stegs 7 ausmacht. Dieser Umformabschnitt 31.3 wird
oberseitig von einem als Umschlag gestalteten Randabschnitt 41 des
Blechbandes belegt, welcher im Übrigen ähnlich 7 ausgeführt
ist. Unterseitig wird der Umformabschnitt 31.3 von einem
weiteren, S-förmigen Randabschnitt 42 belegt,
welcher im Übrigen ähnlich 7 ausgeführt
ist. Der mit einem diametral verlaufenden Innenabschnitt 31 versehene Stegbereich
ist vorliegend unsymmetrisch aufgrund der unterschiedlich gestalteten
Randabschnitte 41, 42 ausgeführt.
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Das
Mehrkammer-Flachrohr R10 der 10 ist
im Bereich des Stegs 7 punktsymmetrisch ausgeführt,
da bei ansonsten gleicher Ausführung wie in 9 die
Randabschnitte 41, 42 beide einfach S-förmig,
insbesondere ohne Umschlag ausgeführt sind.
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Das
Mehrkammer-Flachrohr R11 der 11 ist
ebenfalls weitgehend punktsymmetrisch ausgeführt und folgt
dem anhand von 9 in 10 erläuterten
Prinzip, wobei – wie in 10 gezeigt – das Mehrkammer-Flachrohr
R11 mit nicht umgeschlagenen einfach umgeformten Randabschnitten 41, 42 ausgeführt
ist. Der diametral verlaufende Innenabschnitt 31 weist
vorliegend einen gewundenen Verlauf auf derart, dass praktisch übereinanderliegende Umschläge
mit nicht näher bezeichneten entsprechenden Umformabschnitten
des Innenabschnitts 31 ausgebildet sind. Dadurch ergibt
sich im Bereich des Stegs 7 eine insgesamt siebenfache
Materialstärke – die Tiefe einer Sicke 11 ist
dabei entsprechend zugunsten einer Stegdicke verringert.
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Das
Mehrkammer-Flachrohr R12 ist wie das Mehrkammer-Flachrohr R11 mit
einem diametral verlaufenden gewunden ausgeführten Innenabschnitt 31 versehen,
wobei in die mittleren beiden – sich zur Kammer 1 einerseits
und zur Kammer 2 andererseits – öffnenden
S-förmigen Umschläge 31.3, 31.4 jeweils die
Randabschnitte 42, 41 eingreifen. Dadurch wird eine
die Stegsteifigkeit weiter erhöhende ineinandergreifende
Struktur, nach der Art einer ineinandergreifenden Fingerstruktur,
realisiert.
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13 bis 15 zeigen
Ausführungsformen von Mehrkammer-Flachrohren R13 bis R15,
die gemäß einer zweiten Variante der Erfindung
im Bereich einer Breitwand – wie beim Mehrkammer-Flachrohr
R14 – oder einer Schmalwand – wie beim Mehrkammer-Flachrohr
R13, R15 – durch überlappende Randabschnitte 41, 42 des
Blechbandes geschlossen ist. Bei allen drei Mehrkammer-Flachrohren
R13 bis R15 ist dementsprechend ein Sickengrund 12 und eine
Sickenseite 13.1, 13.2 durch jeweils einen Innenabschnitt 31, 32 gebildet,
wobei Umformabschnitte 31.3 und 32.3 jeweils zur
Bildung eines Sickengrundes 12 einer oberen und unteren
Sicke 11 im Bereich des Stegs 7 aneinanderliegen
und somit den Steg mit doppelter Materialstärke ausbilden.
Die Sickenseiten sind jeweils durch Umformabschnitte 31.1, 31.2 im
oberen Teil bzw. 32.1, 32.2 im unteren Teil mit
einfacher Materialstärke gebildet.
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Beim
Mehrkammer-Flachrohr R13 sind Randabschnitte 41, 42 im
Bereich einer Schmalwand, vorliegend der Schmalwand 6, überlappend flächig
anei nandergelegt. Dazu weist der Randabschnitt 42 einen
durch eine Stufe 42.1 eingeleiteten Umformabschnitt 42.2 auf,
der außenseitig lotplattiert besonders einfach in der Herstellung
an der Innenseite des Randabschnittes 41 stoffschlüssig
verbunden werden kann.
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Diesem
Prinzip folgend ist auch das Mehrkammer-Flachrohr R14 ausgeführt,
wobei der mit einer Stufe 41.1 eingeleitete Umformabschnitt 41.2 des Randabschnitts 41 außenseitig
lotplattiert besonders einfach mit dem Randabschnitt 42 im
Bereich der zweiten Breitwand 4 der Kammer 1 stoffschlüssig verbunden
werden kann. Vorliegend erfolgt das Schließen des Mehrkammer-Flachrohrs
R14 in der Mitte der Kammer 1. Andere Stellen – sei
es eher nahe des Stegs 7 oder eher nahe einer Schmalwand 5 – sind
ebenso möglich, dieses sowohl auf der ersten Breitwand
als auch im Bereich der zweiten Kammer 2.
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Das
Mehrkammer-Flachrohr R15 ist im Bereich einer Schmalwand 6 durch
nach innen geführte Randabschnitte 41, 42 geschlossen.
Dazu ist jeweils der Randabschnitt 41, 42 im Bereich
der Schmalwand 6 in einem spitzen Winkel, d. h. kleiner
als 90°, nach Innen umgeformt. Eine außenseitige
Lotplattierung am Randabschnitt 41, 42 ermöglicht
eine besonders einfache stoffschlüssige Verbindung im Bereich
der Schmalwand 6.
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Das
Mehrkammer-Flachrohr R16 entspricht der Ausführung des
Mehrkammer-Flachrohres R4 der 4, wobei
die 16 zusätzlich die Angaben für
eine Materialdicke D, eine Querschnittshöhe B, eine Querschnittsbreite
T sowie die Abmessungen S1 für eine Sicke 11 als
auch S2 für einen Sickengrund 12 zeigen – bei
der Erläuterung der zuvor gezeigten Ausführungsformen
und folgenden Ausführungsformen wird darauf Bezug genommen.
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Das
Mehrkammer-Flachrohr R17 der 17 gibt
im Wesentlichen die konstruktive Ausführung des Mehrkammer-Flachrohrs
R4 der 4 wieder. Das Mehrkammer-Flachrohr R17 weist Einprägungen 21 auf,
die zur Erzeugung einer Turbulenz des im Mehrkammer-Flachrohr R17
strömenden gasförmigen Fluids dienen und dadurch
den Wärmeübergang verbessern. Vorliegend beträgt
die Tiefe b dieser Einprägungen 21 etwa 0,5 mm.
Je nach Strö mungsbedarf kann die Tiefe b dieser Einprägungen
zwischen 0,05 und 5,0 mm, bevorzugt zwischen 0,15 und 1,0 mm in
Abhängigkeit von der Querschnittshöhe B – wie
beim Mehrkammer-Flachrohr R16 gezeigt gewählt werden. Es
versteht sich, dass Einprägungen 21 oder andere
Strömungsleit- oder Turbulenzelemente auch bei den zuvor
erläuterten Ausführungsformen von Mehrkammer-Flachrohren
R1 bis R15 je nach Bedarf und Zweckmäßigkeit vorgesehen
werden können. Darüber hinaus ist in 16 die
Materialdicke D eines Mehrkammer-Flachrohres im Bereich einer Kammer 1, 2 angegeben.
Im Bereich des Stegs 7 kann die Materialstärke
des Stegs 7 ein Vielfaches der Materialdicke D betragen – dies
entsprechend dem Prinzip der zuvor ausgeführten Ausführungsformen
R1 bis R15 von Mehrkammer-Flachrohren. Im Übrigen kann
die Querschnittsbreite T die Querschnitthöhe B und die
Materialdicke D des Blechbandes je nach Zweckmäßigkeit,
wie im allgemeinen Teil dieser Anmeldung beschrieben, gewählt
werden. Die Breite S1 einer Sicke bzw. eine Breite SZ eines Sickengrundes
kann je nach Bedarf gewählt werden.
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18 zeigt
ein Mehrkammer-Flachrohr R18, bei dem – ähnlich
wie bei den Mehrkammer-Flachrohren R9 bis R12 – ein Innenabschnitt 31 des
Blechbandes diametral zwischen einer zweiten Breitwand 4 und
einer ersten Breitwand 3 der Kammern 1 und 2 und
durchgehend entlang des Stegs 7 geführt ist. Dabei
weist der durchgehende Innenabschnitt 31 Umformabschnitte 31.1 und 31.2 zur
Bildung einer Sickenseite und einen Umformabschnitt 31.3 zur
Bildung eines Sickengrundes auf, wobei die Sicke 11 vorliegend
eine im Unterschied zu den zuvor erläuterten Ausführungsformen
rechteckförmige Kontur aufweist. Die Randabschnitte 41, 42 des Blechbandes
sind vorliegend in Form einer einfachen 90°-Umformung ausgeführt
und liegen kammerinnenseitig an den Umformabschnitten 31.1, 31.2 an, so
dass sich vorliegend eine Sickenseite 13.1, 13.2 mit
zwei flächig anliegenden Umformabschnitten gemäß der
ersten Variante der Erfindung ergibt.
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Wie
auch die weiteren Ausführungsführungsformen der
Mehrkammer-Flachrohre R19 und R20, ist das Mehrkammer-Flachrohr
R18 mit einer Anzahl von in Strömungsrichtung versetzt
hintereinander angeordneten turbulenzerhöhenden Strukturelementen 21, 22 in
Form von in die Kammern 1, 2 eingedrückten
Noppen versehen. Dabei wird eine erste aus einer ersten Breitwand 3 eingedrückte
Noppe einer aus einer zweiten Breitwand 4 eingedrückte
Noppe gegenüberliegend angeordnet, wobei die sich gegenüberliegenden
Noppen an einer Stützfläche 23 aufstehen,
so dass sich dadurch im Bereich der Kammern 1, 2 eine
die Stabilität des Flachrohres weiter erhöhende
Stützstruktur ergibt. Die Anlagefläche 23 kann
bei Bedarf ebenfalls lotplattiert zu einer stoffschlüssigen
Verbindung zwischen den Noppen genutzt werden.
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Wie
auch im Folgenden sind für gleiche Teile oder Merkmale
bzw. Teile oder Merkmale gleicher Funktionen gleiche Bezugszeichen
genutzt.
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Das
Mehrkammer-Flachrohr R19 der 19 ist
dem Prinzip des Mehrkammer-Flachrohres R18 folgend ebenfalls mit
einer rechteckförmigen Kontur einer Sicke 11 ausgeführt,
wobei ein Innenabschnitt 31 mit Umformabschnitten 31.1, 31.2 jeweils
Sickenseiten 13.1, 13.2 einer unteren Sicke 11 und
einer oberen Sicke 11 bilden. Ein mittlerer Umformabschnitt 31.3 des
diametral durchgehenden Innenabschnitts 31 wird vorliegend
durch einen oberseitig aufliegenden Umformabschnitt 41.1 eines Randabschnitts 41 und
unterseitig von einem Umformabschnitt 42.1 eines Randabschnitts 42 gefasst, so
dass sich im Bereich des Stegs 7 eine insgesamt dreifache
Materialstärke im Unterschied zur lediglich einfachen Materialstärke
beim Mehrkammer-Flachrohr R18 ergibt. Die Sickenseiten sind vorliegend
mit lediglich einfacher Materialstärke ausgeführt.
Die Bandenden der Randabschnitte 41, 42 stoßen
vorliegend – nicht wie in 18 auf
Innenseiten der Breitwände 3, 4, sondern – auf
die Sickenseiten bildenden Umformabschnitte des Steges 7.
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20 zeigt
ein Mehrkammer-Flachrohr R20, das ähnlich dem Mehrkammer-Flachrohr
R19 der 19 ausgeführt ist.
Vorliegend werden die Kammern 1, 2 durch zwei
getrennte Blechbänder gebildet, deren weitere Randabschnitte 31, 32 im
Bereich der Sicke 11 anstelle eines integral durchgehenden
Innenabschnitts 31 wie bei den Mehrkammer-Flachrohren R18,
R19, mit 90° zueinander umgeformten Umformabschnitten 31.1, 31.2 bzw. 32.1, 32.2 aufeinandergelegt
sind. Dadurch wird die Materialstärke im Bereich des Stegs 7 auf
das Vierfache erhöht, was dem Steg eine zusätzliche
Stabilität verleiht.
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21 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 22 in
einer Querschnittsdraufsicht näher dargestellte, durchströmbare
Strömungskanäle 120 auf, wobei jeder
der Strömungskanäle 120, beispielsweise
in Form eines Zweikammerflachrohres R1 bis R20 gebildet werden kann,
wie es in 1 bis 20 erläutert
wurde bzw. die Form eines Mehrkammer-Flachrohres gemäß dem
Konzept der Erfindung. Vorliegend ist schematisch ein Mehrkammerflachrohr 21 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
zur 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 R2 bis R20 mit wenigstens zwei
Kammern 1, 2 zur Strömungsaufnahme eines Fluids,
hergestellt durch Umformen eines Blechbandes, insbesondere herge stellt
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 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,
wenigstens teilweise längs einer Breitwand 3, 4 orientierten
und ebenfalls eine Außenseite des Profils bildenden Steg 7 verbunden sind,
wobei
- – das Profil zwischen den wenigstens zwei Kammern 1, 2 eine
Sicke 11 mit einem Sickengrund 12 und einer Sickenseite 13.1, 13.2 aufweist,
wobei der Sickengrund 12 durch den Steg 7 gebildet
ist. Gemäß dem Konzept der Erfindung dabei vorgesehen,
dass
- – das Profil im Bereich der Sicke 11 durch
wenigstens einen überlappenden Randabschnitt 41, 42 des
Blechbandes geschlossen ist, wobei der Sickengrund 12 mit
wenigstens drei, insbesondere flächig, aneinanderliegenden
Umformabschnitten 31.3, 41.1, 41.2, 42.1, 42.2 gebildet
ist und/oder die Sickenseite 13.1, 13.2 mit wenigstens
zwei, insbesondere flächig, aneinanderliegenden Umformabschnitten 31.1, 31.2, 41.2, 41.3, 42.2, 42.3 gebildet
ist, und/oder
- – das Profil im Bereich einer Breitwand 3, 4 oder Schmalwand 5, 6 durch
wenigstens einen überlappenden Randabschnitt 41, 42 des
Blechbandes geschlossen ist, wobei der Sickengrund 12 und/oder
die Sickenseite 13.1, 13,2 mit wenigstens
zwei, insbesondere flächig, aneinderliegenden Umformabschnitten 31, 32 eines
Innenabschnittes des Blechbandes gebildet 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]
- - EP 0632245 A1 [0013, 0063, 0064]