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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, dh. über die gesamte Innenseite oder über
einen kleineren Bereich auf der Innenseite, ggfs. einseitig oder
auch beidseitig, an der Verlötfläche, z. B. einer
Sicke, wobei es vergleichsweise schwierig ist, ein Band nur mittig
partiell mit Lot zu beschichten. Nachteilig bei geschweißten
Flachrohren ist die gegebenenfalls notwendige Innenplattierung auf
der Innenseite des Flachrohr-Bandmateriales im Sickenbereich. Eine partielle
Lotplattierung im Sicken-/Stegbereich ist nur mit Aufwand zu erreichen,
so dass die komplette Innenseite des Flachrohres mit Lot beschichtet
ist. Ebenso sind aus Gründen der Herstellbarkeit die Materialdicken
bei geschweißten Flachrohren nach unten begrenzt.
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Gefalzte
Flachrohre können nach der Fertigung nach außen
und innen undicht sein und sind sinnvoll vor allem bei Flachrohren
mit mindestens zwei Kammern, sogenannten Mehrkammer-Flachrohren.
Die interne und externe Dichtheit erfolgt erst nach dem Löten.
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Gefalzte
Mehrkammer-Flachrohre erweisen sich zur Verwendung in einem Wärmetauscher – beispielsweise
wie in
EP 1 213 555
B1 beschrieben – als zunehmend attraktiv, weil
diese vergleichsweise dünnwandig und damit materialeinsparend
zur Verfügung gestellt werden können und darüber
hinaus in einem vergleichsweise einfachen Umformverfahren, beispielsweise
in einem Biegeverfahren und/oder einem Faltverfahren und/oder einem
Falzverfahren, hergestellt werden können – ein
solches Umformverfahren ist beispielsweise in
US 6,615,488 B2 beschrieben.
Als Ergebnis des dort be schriebenen Faltverfahrens ergibt sich ein
Mehrkammer-Flachrohr des sogenannten "B-Typs", weil das Profil des
Mehrkammer-Flachrohrs einen an eine B-Form erinnernden Verlauf aufweist.
Ein anderes ähnliches Mehrkammer-Flachrohr ist in
EP 1 213 555 B1 und
in
EP 0 811 820 B1 beschrieben.
Bei beiden Mehrkammer-Flachrohren werden Randabschnitte beider eine zweite
Breitwand bildender Seitenabschnitte durchgehend von einer Innenseite
der zweiten Breitwand zur einer Innenseite einer ersten Breitwand
geführt und dort an einer Kontaktstelle lötverbunden.
Es hat sich gezeigt, dass ein Mehrkammer-Flachrohr dieses sogenannten
B-Typs noch verbesserungswürdig ist.
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EP 1 225 408 A2 zeigt
ein Mehrkammer-Flachrohr, bei dem nur einer der Seitenabschnitte
einen Randabschnitt aufweist, der durchgehend von einer Innenseite
der zweiten Breitwand zu einer Innenseite der ersten Breitwand verläuft
und dort an einer Kontaktstelle stoffschlüssig verbunden
ist. Der Randabschnitt weist wenigstens zwei Umformabschnitte auf
und wenigstens einer der Umformabschnitte bildet eine Anlagefläche
für einen Randabschnitt des anderen Seitenabschnitts. Eine solche
Ausführung eines Mehrkammer-Flachrohrs des B-Typs erweist
sich in der Gestaltung des Stegs als materialeinsparend, lässt
sich jedoch, insbesondere hinsichtlich der dem Steg zukommenden
Zugwirkung, noch verbessern.
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US 5,765,634 offenbart ein
Mehrkammer-Flachrohr mit zwei Kammern, bei dem ein die Kammern trennender
Steg in Form eines von einer zweiten Breitwand ausgehenden Umschlags
gebildet ist, welcher die gegenüberliegende erste Breitwand kontaktiert.
Der Kontakt ist an der ersten Breitwand durch zwei zum Rohrquerschnitt
längs umgeschlagene Randabschnitte gebildet, die entlang
einer Umschlagstelle gegeneinanderstoßen. Die äußere
Dimension des Rohres im Querschnitt und die Qualität der
Lötverbindung im Stegbereich hängt nicht von der
exakten Länge des Blechbandes ab.
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FR 2 716 529 A1 offenbart
einen kammertrennenden Steg für ein Mehrkammerflachrohr,
der in Form eines Umschlags in Querschnittlängsrichtung des
Flachrohres und eines den Steg bildenden weiteren Umschlags, der
sich zwischen einer ersten Breitwand und einer zweiten Breitwand
quer zur Längsrichtung des Querschnitts des Flachrohres
erstreckt, gebildet ist. In den letzteren Umschlag greift ein rechtwinklig
abgebogener Umformabschnitt der zweiten Breitwand ein. Dies erhöht
vorteilhaft die Stabilität des Stegs, verbraucht aber vergleichsweise viel
Material und ist relativ aufwendig herzustellen.
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US 6,325,141 B2 offenbart
ein Zweikammerflachrohr, bei dem ein U-förmig gebildeter
Steg quer zur Längserstreckung des Flachrohrquerschnitts
zwischen der ersten Breitwand und der zweiten Breitwand gebildet
ist, wobei in den U-förmigen Querschnitt ein rechtwinklig
abgewinkelter Umformabschnitt der ersten Breitwand eingreift. Der U-förmige
Teil des Stegs ist mit einer Perforation gebildet, 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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JP07158999A 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 Mehrkammerflachrohres 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 Mehrkammerflachrohr lässt
sich hinsichtlich seiner Stabilität noch verbessern.
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US 6,209,202 B1 offenbart
ein Mehrkammerflachrohr für einen Wärmetauscher,
welches Mehrkammerflachrohr die eingangs genannten Merkmale aufweist.
Die Kammern des Mehrkammerflachrohres 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 Mehrkammerflachrohr
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 auch dieses Mehrkammerflachrohr 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 aneinanderliegenden, um
180° "umgeschlagenen" Umformabschnitten zu verstehen. Es
ist zu verstehen, dass die Rollen der ersten und zweiten Breitwand
ebenso wie der ersten und zweiten Schmalwand vertauschbar sind.
Vorzugsweise ist der Steg, insbesondere der Umschlag an einer Umschlagstelle,
zwischen den Umformabschnitten an einer Kontaktstelle der Innenseite
der anderen Breitwand anstoßend, insbesondere stoffschlüssig
verbunden. Ein den Steg bildender Umschlag ist vorzugsweise aus
einem Innenabschnitt des Blechbandes gebildet. Das Mehrkammer-Flachrohr
ist im Bereich des Stegs geschlossen, d. h. Randabschnitte der Seitenabschnitte
des Blechbandes, bzw. die entsprechenden Bandenden sind im Bereich
des Stegs angeordnet bzw. dienen zur Bildung des Stegs.
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Die
Erfindung geht von der Überlegung aus, dass ein als einzelner
Umschlag gebildeter Steg, oder eine als U-förmige Umformabschnittsanordnung mit einem
in das „U" der Umformabschnittsanordnung eingreifenden
weiteren Umformabschnitt als Steganordnung hinsichtlich der Stabilität
verbesserungswürdig ist. Die Erfindung hat erkannt, dass stattdessen
die Kombination einerseits eines mit zwei aneinanderliegenden Umformabschnitten
eines Stegumschlags des Blechbandes an der ersten oder zweiten Breitwand
gebildeten Steges der andererseits weiter mit einem Randabschnitt
wenigstens eines der Seitenabschnitte des Blechbandes, insbesondere
der jeweils anderen Breitwände, gebildet ist und wobei
wenigstens ein Teil des Randabschnittes eine Anlage für
den Stegumschlag bildet in vorteilhafter Weise die Stegstabilität
verbessert. Dies gilt insbesondere hinsichtlich eines Assembliervorgangs des
Flachrohres, bei dem vermieden wird, dass der Steg unnötig
verformt wird. Dazu sieht die Erfindung, vereinfacht ausgedrückt,
einen Steg vor, welcher quer zur Querschnittslängserstreckung
des Flachrohres entweder eine wenigstens dreifache Materialstärke
aufweist. Alternativ kann der Steg wenigstens eine zweifache Materialstärke
aufweisen, die kombiniert ist mit einer T-förmigen Stegformation,
bei welcher der Stammteil des T's eine doppelte Materialstärke
hat und der Querteil des T's ebenfalls eine doppelte Materialstärke
hat. Wenigstens der Stammteil des T's ist als Umschlag gebildet,
vorzugsweise auch der Querteil des T's.
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Die
Erfindung ermöglicht vorteilhaft die Herstellung eines
gefalzten Flachrohres, bei dem die Bandbreitentoleranz praktisch
keinen Einfluss auf die Breite des Flachrohres im Sickenbereich
nimmt. Außerdem wird vorteilhaft die Herstellung eines
gefalzten Flachrohres möglich, das vor dem Verlötprozess eine
gewisse „Eigensteifigkeit" besitzt. Das Flachrohr bereitet
durch seine Eigensteifigkeit kaum Probleme bei den weiteren Fertigungsschritten
zum Aufbau des gesamten Wärmeübertragers. Vorteilhaft
kann ein gefalztes Flachrohr mit Materialdicken unterhalb von 0,25
mm hergestellt werden – größere Materialstärken
sind darüber hinaus mit noch weniger Aufwand realisierbar.
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Ein
gefalztes Flachrohr hat vorteilhaft mindestens zwei getrennte Kammern
nach dem Löten und lässt dadurch auch getrennte
Strömungsrichtungen in den Kammern zu. Ein Flachrohr lässt
bei zwei getrennten Kammern auch eine Trennung der Kammern durch
eine Trennwand zu, die sich im Mittenbereich befindet und mit dem
Flachrohr verlötet ist.
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In
vorteilhafter Weise wird es möglich, ein gefalztes Flachrohr
auf der Innenseite mit einer direkt auf dem Grundwerkstoff aufgebrachten
Korrosions-Schutzplattierung zu versehen. Auf der Innenseite ist
keine Lotplattierung notwendig, sondern vorzugsweise nur auf der
Außenseite.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen
zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten
an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie
hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
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In
besonders vorteilhafter Weise weist der wenigstens eine Randabschnitt
wenigstens einen Umformabschnitt auf, von denen wenigstens einer eine
Anlage für den Umschlag bildet. Mit anderen Worten kann
entweder der Randabschnitt selbst als Anlage längs der
Stegerstreckung dienen, oder der Randabschnitt ist von einem Umformabschnitt
abgewinkelt, wobei der Umformabschnitt als Anlage längs der
Stegerstreckung dient. Dies führt zu einer Stegbreite,
welche wenigstens eine dreifache Materialstärke eines Blechbandes
aufweist. Der abgewinkelte Randabschnitt kann in diesem Fall in
vorteilhafter Weise an einer ersten oder zweiten Breitwand anliegen
und die Stegformation damit zusätzlich stabilisieren.
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In
einer anderen Weiterbildung der Erfindung kann der wenigstens eine
Randabschnitt wenigstens einen weiteren Umschlag aufweisen, wobei
der wenigstens eine Umsschlag eine Anlage für den zuvor genannten
Umschlag gemäß dem Konzept der Erfindung bildet.
Dies führt in vorteilhafter Weise zu einer Materialstärke
des Stegs, welche der vierfachen Breite des Blechbandes entspricht.
In einer Abwandlung kann der zweite Umschlag auch quer zum ersten
Umschlag ausgerichtet sein, so dass sich eine T-förmige
Umschlagkonfiguration ergibt. Ebenso kann in einer Abwandlung der
weitere Randabschnitt quer zur Ausrichtung des Umschlags angeordnet sein,
so dass sich insgesamt eine T-förmige Anordnung aus Umschlag-
und Randab schnitt ergibt. Auch diese Abwandlungen weisen eine bevorzugte
Stabilisierung des Stegbereichs auf.
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In
weiteren Weiterbildungen der Erfindung kann die Kombination einer
oder mehrerer Weiterbildungen der zuvor genannten Art realisiert
sein. Dies kann zu einer vorteilhaften Stegbreite von mehr als 4-facher,
z.Bsp. 5-facher oder 6-facher, Materialstärke eines Blechbandes
führen.
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Es
hat sich auch als vorteilhaft erwiesen, dass ausgehend von einer
ersten Breitwand eine V-förmige Formation von Umformabschnitten
oder Umschlagabschnitten gebildet wird, in deren Öffnung ein
weiterer Umschlag oder zwei Randabschnitte oder ein einzelner Randabschnitt,
jeweils ausgehend von der zweiten Breitwand, eingreift. Dies kann
zu einer 4-fachen, 5-fachen oder 6-fachen Materialstärke eines
Blechbandes im Stegbereich führen und in besonders vorteilhafter
Weise die Steganordnung stabilisieren.
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Gemäß einer
oder mehrerer besonderes bevorzugter Weiterbildungen des Konzepts
der Erfindung ist das Flachrohr gefalzt. Im Mittenbereich befindet
sich mindestens ein Steg zur Bildung eines Zwei-/Mehr-Kammer-Flachrohres.
Eine Stegbreite beträgt gemäß dem Konzept
der Erfindung mindestens die dreifache Materialstärke in
horizontaler oder vertikaler Richtung.
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Durch
einen 180°-Umschlag des Bandmaterials zur Bildung eines
durchgehenden Stegs wird die Steifigkeit des Flachrohres erhöht.
Der Kontakt zwischen den Bandenden bzw. zwischen Bandende und 180°-Umschlag
kann sowohl linienförmig als auch flächig sein.
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Das
Flachrohr besitzt vorteilhaft eine einfache Außenkontur,
wodurch der Durchzug im Boden eines Wärmetauschers, in
welchen das Flachrohr gesteckt wird, einfach gestaltet werden kann.
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Eine
Rohrtiefe bzw. Querschnittsbreite kann sich im Bereich zwischen
10 und 100 mm bewegen – vorzugsweise in einem Bereich zwischen.
14 und 60 mm. Eine Rohrbreite bzw. Querschnittshöhe kann sich
im Bereich zwischen 0,5 und 10 mm bewegen – bevorzugt ist
ein Bereich zwischen 0,8 und 5 mm. Eine Materialdicke des Bandmaterials
beträgt vorteilhaft zwischen 0,08–2 mm, bevorzugt
ist 0,1–0,5 mm. Eine Auflagefläche des Bandendes
beträgt zwischen 0,5 und 10-facher Materialdicke. Der bevorzugte
Bereich liegt zwischen 1,5 und 5-facher Materialdicke.
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Die
Höhe des 180°-Umschlags kann sich in einem Bereich
zwischen einfacher Materialdicke und der 2-fachen herzustellenden
Rohrbeite bewegen, bevorzugt zwischen 2-facher Materialdicke und
einfacher Rohrbreite.
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Der
180°-Umschlag des Bandmaterials bewirkt eine Abstützung
der gegenüberliegenden Seite. Beim Spannen/Kassettieren
des Flachrohres wird dadurch die Rohrbeite bzw. lichte Weite gehalten.
Die Überlappung des Bandendes bewirkt eine sichere Verlötung
und Dichtheit nach außen.
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Das
Flachrohr kann auch mit Einprägungen, z. B. Winglets, versehen
werden. Diese Einprägungen erhöhen die Turbulenz
des im Flachrohr strömenden Mediums und verbessert den
Wärmeübergang. Die Tiefe dieser 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, ausgewählten Kanälen
oder in allen ausgeführten Kanälen des Flachrohres
befinden. Ebenso können sich die Einprägungen
nur oben oder/und unten im Flachrohr befinden. Die Abfolge, Anzahl
und Geometrie der Einprägungen kann ebenso je nach Zweck
variieren. Einprägungen können grundsätzlich
für alle im folgenden beschriebenen Ausführungsformen
der Flachrohre vorteilhaft sein.
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Das
Konzept der Erfindung hat sich insbesondere als vorteilhaft anwendbar
bei einem Mehrkammer-Flachrohr erwiesen, bei dem wenigstens eine
der Kammern einwandig ausgebildet ist. Die Wandstärke einer
Kammer lässt sich in bevorzugter Weise unterhalb von 0,2
mm realisieren. Grundsätzlich kann das Konzept der Erfindung
auch ausgeführt werden bei einem Mehrkammer-Flachrohr,
bei dem wenigstens eine der Kammern mit mehreren Wänden,
insbesondere zwei Wänden ausgebildet ist. Auch hierbei
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass eine Wandstärke
einer Wand unterhalb von 0,2 mm liegt – die Gesamtwandstärke
einer Kammer mit mehreren Wänden liegt somit vorteilhaft
unterhalb eines vielfachen von 0,2 mm, bei zwei Wänden
vorzugsweise unterhalb von 0,4 mm. Ein mehrwandiges Mehrkammer-Flachrohr
kann beispielsweise durch geeignete Wickelanordnungen des Blechbandes
erfolgen. In einer Abwandlung können auch zwei oder mehr
Profile zur Bildung einer konzentrischen Wandanordnung ineinander
angeordnet werden.
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Zusätzlich
zu dem zuvor erläuterten, eine vorteilhafte Stabiltät
entfaltenden Steg lässt sich zur Ausbildung eines Mehrkammer-Flachrohres
mit mehr als zwei Kammern ein oder mehrere weitere solcher oder
anderer Stege beim Profil vorsehen. Vorzugsweise können
weitere Stege durch Einfalten der ersten und/oder zweiten Breitwand
in Form eines Umschlags gebildet sein. Letzteres hat sich als besonders
einfache Maßnahme zur Bildung weiterer Stege erwiesen.
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Grundsätzlich
können die Oberflächen eines Mehrkammer-Flachrohres
der oben erläuterten Art in unterschiedlichster für
eine Anwendung angemessenen Weise ausgebildet sein. Beispielsweise
kann eine Rohraußenfläche und/oder eine Rohrinnenfläche
glatt sein. Ein Solches Mehrkammer-Flachrohr hat einen besonders
geringen Strömungswiderstand.
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In
einer anderen die Wärmetauscherfunktion des Mehrkammer-Flachrohres
verbessernden Weiterbildung kann eine Rohraußenfläche
und/oder eine Rohrinnenfläche strukturiert sein. Es hat
sich, 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
fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest
zwei der in der Beschreibung der Zeichnung und/oder den Ansprüchen
offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht
beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden
gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform
oder beschränkt auf ein Gegenstand, der eingeschränkt
wäre im Vergleich zudem in den Ansprüchen beanspruchten
Gegenstand. Bei angegebenem Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb
der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und
beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein.
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Im
Einzelnen zeigt die Zeichnung in:
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1 eine
erste Ausführungsform eines Mehrkammerflachrohres, bei
dem im Stegbereich ein zusätzlicher 90°-Umformabschnitt
einen verbesserten Ausgleich der Bandtoleranz durch ein freies Ende bewirkt.
Zusätzlich wird durch den Umformabschnitt eine verbesserte
Verlötung des Bandendes mit der Gegenseite erzielt;
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2 eine
zweite Ausführungsform eines Mehrkammerflachrohres, bei
dem im Stegbereich, ansonsten ähnlich 1,
durch den zusätzlichen querliegenden 180°-Umschlag
des Randabschnitts einer der Seitenabschnitte des Blechbandes bei sämtlichen
Kontaktflächen Lot vorhanden ist, dadurch wird eine verbesserte
Verlötung erzielt und das verlötete Flachrohr
besitzt eine erhöhte Torsions- und Druckwechselsteifigkeit;
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3 eine
dritte Ausführungsform eines Mehrkammerflachrohres, bei
dem sich im Stegbereich die Randabschnitte der beiden Seitenabschnitte
des Blechbandes überlappen und auf dem 180°-Stegumschlag
aufliegen. Für eine Verlötung mit dem Stegumschlag
ist eine beidseitige Lotplattierung, oder zumindest im Bandendbereich,
erforderlich;
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4 eine
vierte Ausführungsform eines Mehrkammerflachrohres, bei
dem im Stegbereich, ansonsten ähnlich wie in 3,
einer der Randabschnitte umgelegt ist und auf dem Stegumschlag aufliegt.
Für eine Verlötung mit dem Stegumschlag ist somit
keine beidseitige Lotplattierung erforderlich;
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5 eine
fünfte Ausführungsform eines Mehrkammerflachrohres,
bei dem im Stegbereich, ansonsten ähnlich 1,
die partielle Schrägstellung des Bandendes zusätzlich
eine Federwirkung erzeugt – eine zu hohe Spannkraft auf
das Flachrohr wird somit kompensiert und verhindert ein Einknicken des
Strömungskanals beim Kassettieren;
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6 eine
sechste Ausführungsform eines Mehrkammerflachrohres, bei
dem im Stegbereich der senkrechte Stoß der Bandenden im
unverlöteten Zustand eine Spannkraft auf diesen erzeugt
und dadurch wird ein Aufspringen des Flachrohres nach dem Falzvorgang
und Ablängen unterbunden – eine Verlötung
mit dem aufgestellten Bandmaterial des Stegumschlags erfolgt durch
den weiteren 180°-Umschlag an einem Bandende, wodurch das
Flachrohr im verlöteten Zustand eine höhere Druckwechselstabilität
besitzt;
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7 eine
siebte Ausführungsform eines Mehrkammerflachrohres, bei
dem im Stegbereich, ansonsten ähnlich 6,
für eine verbesserte Verlötung mit der Gegenseite
ein Bandende um 90° umgeformt ist – eine Verlötung
mit dem aufgestellten 180°-Stegumschlag ist durch das kurze,
um 180° umgelegte, Bandende gegeben, das einen weiteren Umschlag
bildet; das Bandende des weiteren 180°-Umschlags ist nur
bis zur Mitte der Rohrbreite ausgeführt – ein
Ausgleich der Bandtoleranz ist an beiden Bandenden möglich;
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8 eine
achte Ausführungsform eines Mehrkammerflachrohres, beim
dem im Stegbereich, ansonsten ähnlich 6,
der 180°-Stegumschlag zur Abstützung der gegenüberliegenden
Seite horizontal abgeplattet ist. Dadurch ergibt sich eine größere
Auflagefläche für das Bandende. Durch die Abplattung
entsteht zusätzlich ein Hinterschnitt, welcher ein Aufspringen
des unverlöteten Rohrendes verhindert;
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9 eine
neunte Ausführungsform eines Mehrkammerflachrohres, bei
dem im Stegbereich ein 90°-Umformabschnitt am Bandende
ein Aufspringen des Strömungskanals im unverlöteten
Zustand verhindert – damit eine Verlötung mit
dem Stegumschlag erzielt wird, ist das Bandende des 90°-Umformabschnitts
nur bis zur Rohrmitte ausgeführt; durch entsprechende Formung
legt sich das weitere längere Bandende an den Stegumschlag
an und verlötet mit diesem;
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10 eine
zehnte Ausführungsform eines Mehrkammerflachrohres, bei
dem im Stegbereich ein Bandende um 180° umgeschlagen ist
und auf den aufgestellten 180°-Stegumschlag tritt – durch
das vorhandene Lot verlötet dieses Bandende mit dem 180°-Stegumschlag.
Der flächige Kontakt des anderen Bandendes des 90°-Umschlags
verbessert die Verlötung mit der Gegenseite und erzeugt
eine erhöhte Steifigkeit/Druckwechselfestigkeit nach dem Löten;
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11 eine
elfte Ausführungsform eines Mehrkammerflachrohres, bei
dem im Stegbereich der Stegumschlag nur etwa bis zur Rohrmitte ausgeführt
ist und von beiden Randabschnitten und Bandenden umfasst wird – beide
Bandenden verlöten dadurch mit dem Stegumschlag und der
gegenseitigen Breitwand. Der flächige Kontakt beider Bandenden verhindert
ein Aufspringen des Flachrohres im unverlöteten Zustand;
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12 eine
zwölfte Ausführungsform eines Mehrkammerflachrohres,
bei dem im Stegbereich, ansonsten ähnlich 11.,
beide Bandenden um 90° umgeformt sind und die gegenseitige
Breitwand flächig berühren, dadurch verbessert
sich die Verlötung. Ein Ausgleich der Bandtoleranz ist
an beiden Bandenden möglich;
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13 eine
dreizehnte Ausführungsform eines Mehrkammerflachrohres,
bei dem im Stegbereich, ansonsten, ähnlich 11.,
die Bandenden nicht die gegenseitige Breitwand berühren,
sondern auf den 180°-Stegumschlag aufstoßen und
diesen umfassen. Dadurch ist ein Ausgleich der Bandtoleranz an beiden
Bandenden möglich;
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14 eine
vierzehnte Ausführungsform eines Mehrkammerflachrohres,
bei dem im Stegbereich ein zweifacher 180°-Stegumschlag
die Torsionssteifigkeit des Flachrohres erhöht – beide
Bandenden sind um 90° umgeformt, befinden sich zwischen
den 180°-Stegumschlägen und sind nicht durchgängig
bis zur gegenüberliegenden Seite ausgeführt. Für
eine Verlötung der Bandenden mit den Umschlägen
ist ein beidseitig lotplattiertes Material oder zumindest im Bandendbereich erforderlich. Durch
die beiden Umschläge und den senkrechten Kontakt der Bandenden
wird ein Aufspringen des Flachrohres im unverlöteten Zustand
verhindert;
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15 eine
fünfzehnte Ausführungsform eines Mehrkammerflachrohres,
bei dem im Stegbereich, ansonsten ähnlich 14.,
der Falzbereich so gestaltet ist, dass dieser die Bandenden aufnimmt und
kein dritter Strömungskanal entsteht. Für eine Verlötung
ist ein einseitig lotplattiertes Material ausreichend. Ein Aufspringen
des Flachrohres im unverlöteten Zustand wird durch den
senkrechten Stoß der beiden Bandenden verhindert;
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16 eine
sechzehnte Ausführungsform eines Mehrkammerflachrohres,
bei dem im Stegbereich, ansonsten ähnlich 15.,
die freien Bandenden länger ausgeführt sind – die
Kontur der beiden 180°-Stegumschläge ist dementsprechend
angepasst;
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17 eine
siebzehnte Ausführungsform eines Mehrkammerflachrohres,
bei dem im Stegbereich, ansonsten ähnlich 14.,
die Bandenden bis zur Gegenseite ausgeführt sind, dadurch
wird die Steifigkeit des Flachrohres weiter erhöht;
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18 eine
achtzehnte Ausführungsform eines Mehrkammerflachrohres,
bei dem im Stegbereich, ansonsten ähnlich 17,
zusätzlich zu zwei Stegumschlägen ein Bandende
um 180° umgeschlagen ist, dadurch verlötet dieses über
die gesamte Länge mit dem aufgestellten Umschlag;
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19 eine
neunzehnte Ausführungsform eines Mehrkammerflachrohres,
bei dem im Stegbereich, ansonsten ähnlich 17.,
beide Bandenden um 180° umgeschlagen sind, und mit den
aufgestellten Stegumschlägen verlöten. Die aufgestellten 180°-Stegumschläge
verlöten mit der Gegenseite auch mit einseitig lotplattiertem
Material.
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20 eine
Ausführungsform ähnlich der 1 mit
zusätzlichen Strömungsleitelementen oder Turbulenz
erzeugenden Elementen als Profilausbildung in einer Breitwand;
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21 eine
bevorzugte Ausführungsform eines Wärmetauschers
mit einem Mehrkammerflachrohr 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 Flachrohr
mit zwei fluiddicht getrennten Kammern 1, 2. Dadurch
sind gegen- bzw. gleichgerichtete Durchströmungen realisierbar.
Durch Falztechnik sind Flachrohre der vorliegenden Ausführungsformen
mit einer Wandstärke unterhalb 0,25 mm möglich.
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Gemäß dem
Konzept der Erfindung wird eine Verstärkung des Stegbereichs
durch mehrfache Materialstärke erreicht. Bei Verwendung
einer Längstrennwand, die im Mittenbereich quer zum Flachrohr
positioniert ist, wobei vorzugsweise die Schlitzbreite der Trennwand
der Rohrbreite entspricht, sind beide Kammern getrennt.
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Durch
eine erhöhte Stegbreite wird mehr Auflagefläche
für die Verlötung der Trennwand zur Verfügung
gestellt. Dadurch ist eine geringere Trenn-Wandleckage bei Umlenkung
in der Tiefe erreichbar. Eine erhöhte Druckwechselstabilität
des Flachrohres wird durch einen verstärkten Stegbereich
erreicht.
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Eine
Lotplattierung nur auf der Außenseite ist bei den meisten
Ausführungsformen realisierbar. Dadurch ist durch Verwendung
von einer Schutzplattierung auf der Innenseite erhöhte
Beständigkeit gegen korrosive Medien gegeben. Einprägungen
auf der Innenseite des Flachrohres wie in 20 zur
Erhöhung der Wärmeübertragung sind bei
allen Ausführungsformen realisierbar. Toleranzen in der
Bandbreite gehen nicht in die Verlötqualität ein.
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1 zeigt
dazu ein gefalztes Mehrkammer-Flachrohr R1 mit einer ersten Kammer 1 und
einer zweiten Kammer 2 zur Strömungsaufnahme eines
Fluids, vorliegende 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 gegenüber liegen. 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 7 ist gemäß dem Konzept der
Erfindung mit einem Stegumschlag 11 gebildet, welcher vorliegend
vollständig aus einem Innenabschnitt des Blechbandes und
ausgehend von der zweiten Breitwand 4 mit zwei Umformabschnitten 11.1 und 11.2 gebildet
ist und an einer Umschlagstelle 11.3 zwischen den zwei
Umformabschnitten 11.1, 11.2 an einer Kontaktstelle 8 an
der Innenseite der ersten Breitwand 3 lötverbunden
ist. Zusätzlich ist der Steg gemäß dem
Konzept der Erfindung mit einem Randabschnitt 12 gebildet,
welcher einen ersten durch eine Stufe 12.1 eingeleiteten
Umformabschnitt 12.2, einen am Umformabschnitt 11.1 des
Stegumschlags 11 anliegenden Umformabschnitt 12.3 und einen
zusätzlichen 90°-Umformabschnitt 12.4 aufweist,
welcher zur Verlötung mit der Breitwand 4 an der
Innenseite der Breitwand 4 anliegt. Das durch den Umformabschnitt 12.4 gebildete
freie Ende ist in seiner Länge vergleichsweise variabel
ausführbar, was einem verbesserten Ausgleich der Bandtoleranz dient.
Der Steg 7 wird hinsichtlich seiner Stabilität durch
die flächige Anlage des Umformabschnitts 12.3 als
Teil des Randabschnitts am Stegumschlag 11 hinsichtlich
seiner Stabilität wesentlich verbessert – dazu
trägt auch die zusätzliche Verlötung
des Umformabschnittes 12.4 an der Innenseite der Breitwand 4 bei.
Das andere Bandende als Teil des anderen Randabschnitts 14 im
weiteren Seitenabschnitt des Blechbandes bildet die erste Breitwand 3 mit
aus und befindet sich im Bereich des Stegs 7. Der genannte
Randabschnitt 14 liegt an der Außenseite des Umformabschnitts 12.2 des
Randabschnitts 12 an und stößt auf die
Stufe 12.1 des Randabschnitts 12 und dient im Übrigen
zur verlötenden Kontaktierung der Umschlagstelle 11.3 an
der Kontaktstelle 8.
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Das
vorliegende Flachrohr R1 der 1 ist ebenso
wie die weiteren Ausführungsformen der Flachrohre R2 bis
R20 mit seinen Randabschnitten 12, 14 im Bereich
des Stegs 7 geschlossen. Bei der Ausführungsform
des Mehrkammer-Flachrohres R1 dient ein Teil des Randabschnitts 12,
nämlich der Umformabschnitt 12.3, mit zur Bildung
des Stegs während der Randabschnitt 14 zur Bildung
der ersten Breitwand dient.
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In
den weiteren Figuren sind gleiche Merkmale oder gleiche Teile bzw.
Merkmale oder Teile gleicher Funktion mit gleichen Bezugszeichen
versehen und entsprechend erläutert.
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2 zeigt
ein, ebenfalls wie die anderen Mehrkammer-Flachrohre R1, R3–R20
im Stegbereich geschlossenes Mehrkammer-Flachrohr R2, d. h. die
Bandenden als Teil der Randabschnitte 12 und 14 befinden
sich im Bereich des Stegs 7. Im Unterschied zum Flachrohr
der 1 sind die Umformabschnitte 12.1, 12.2, 12.3, 12.4 des Randabschnitts 12 bei
ansonsten ähnlicher Ausbildung anders dimensioniert. So
ist der Umformabschnitt 12.4 des Mehrkammer-Flachrohres
R2 länger ausgeführt als der Umformabschnitt 12.4 des Mehrkammer-Flachrohres
R1. Die Stufe 12.1 des Mehrkammer-Flachrohres R2 ist höher
ausgeführt, da diese zur Aufnahme eines im Unterschied
zum Mehrkammer-Flachrohr R1 querliegenden 180°-Umschlags 16 im
Randbereich 14 des Mehrkammerflachrohres R2 dient. Der
querliegende 180°-Umschlag 16 weist zwei Umformabschnitte 16.1, 16.2 auf,
von denen der untere Umformabschnitt 16.2 zur Anlage auf
dem Umformabschnitt 12.2 des Randabschnitts 12 und
zur Bildung der Kontaktstelle 8 vorgesehen ist – insofern
also die gleiche Funktionalität hat wie der Randabschnitt 14 des
Mehrkammer-Flachrohrs R1 der 1. Im Übrigen
liegt, ähnlich wie beim Mehrkammer-Flachrohr R1, auch beim Mehrkammer-Flachrohr
R2 der Umformabschnitt 12.3 flächig am Stegumschlag 11 an.
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3 zeigt
ein Mehrkammer-Flachrohr R3, bei dem der Steg 7 wiederum
mit einem Stegumschlag 11 und vorliegend dem Randabschnitt 12 gebildet
ist, wobei der durch eine Stufe 12.1 eingeleitete Umformabschnitt 12.2 des
Randabschnitts 12 eine Anlage für den Umschlag 11 an
der Kontaktstelle 8 bildet – dies im Bereich der
Umschlagstelle 11.3 zwischen den Umformab schnitten 11.1 und 11.2 des Stegumschlags 11. Ähnlich
wie bei 1 liegt der weitere Randabschnitt 14 auf
dem Umformabschnitt 12.2 des Randabschnitts 12 auf
und stößt mit dem Bandende auf die Stufe 12.1.
Diese Ausführungsform hat sich als besonders einfach zu
realisieren erwiesen.
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4 zeigt
eine weitere Ausführungsform eines Mehrkammer-Flachrohres
R4, bei dem, ansonsten ähnlich der 3, der Randabschnitt 12 neben der
Stufe 12.1 einen 180°-Umschlag 16 mit
Umformabschnitten 12.2 und 12.3 aufweist. Letzterer Umformabschnitt 12.3 bildet
wiederum in der anhand von 3 erläuterten
Weise an der Kontaktstelle 8, nach unten, nur eine Anlage
für den Stegumschlag 11. Aufgrund des mit Umformabschnitten 12.2 und 12.3 gebildeten
querliegenden 180°-Umschlags am Randabschnitt 12 ist
der Stegumschlag 11 entsprechend kürzer ausgeführt.
Insgesamt erweist sich diese Ausführung des Stegs 7 beim
Mehrkammer-Flachrohr R4 als stabiler und einfacher herzustellen
aufgrund der nicht erforderlichen beidseitigen Lotplattierung im
Vergleich zu Mehrkammer-Flachrohr R3 der 3.
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5 zeigt
eine weitere Ausführungsform eines Mehrkammer-Flachrohres
R5, bei dem der Steg 7 wiederum mit einem Stegumschlag 11, ähnlich
dem in 1 gezeigten Mehrkammer-Flachrohr R1, gebildet
ist, wobei der Stegumschlag 11 wiederum an einer Kontaktstelle 8 direkt
an der Innenseite der ersten Breitwand 3 lötverbunden
ist. Im Unterschied zu 1 ist die Kontaktstelle 8 praktisch
direkt angrenzend zum Bandende im Bereich des Randabschnitts 12 positioniert,
so dass das Bandende des Randabschnitts 12 praktisch bündig
mit der Außenseite des Umformabschnitts 11.2 des
Stegumschlags abschließt. Der weitere Randabschnitt 14 weist
einen ersten 90°-Umformabschnitt 14.1 und einen
zweiten schräg gestellten Umformabschnitt 14.2 auf,
wobei der Umformabschnitt 14.1, als Teil des Randabschnitts 14,
eine Anlage für den Stegumschlag 11, nämlich
dessen Umformabschnitt 11.2, bildet. Der schräg
gestellte Umformabschnitt 14.2 ist an der Innenseite der
zweiten Breitwand 4 anliegend verlötet und entfaltet
eine zusätzlich stabilisierende und federnde Wirkung beim
Mehrkammer-Flachrohr R5. Das Bandende des Randabschnitts 12 stößt
auf den Bereich der 90°-Umformung zum Umformabschnitt 14.1 des
Randabschnitts 14 und ist dort verlötet.
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Das
Mehrkammer-Flachrohr R6 der 6 weist
einen Steg 7 auf, der wiederum mit einem Stegumschlag 11 gebildet
ist, welcher, wie bei den zuvor erläuterten Ausführungsformen,
im Bereich einer Umschlagstelle 11.3 an der Kontaktstelle 8 an
der Innenseite der ersten Breitwand 3 kontaktiert und dort verlötet
ist. Weiter wird der Steg 7 mit einem Randabschnitt 14 gebildet,
wobei dieser eine um insgesamt 90° abgewinkelten weiteren
Umschlag mit Umformabschnitten 14.1 und 14.2 ausgeführt
ist. Der Umformabschnitt 14.2 liegt flächig am
Umformabschnitt 11.1 des Stegumschlags 11 an.
Darüber hinaus dient auch der weitere Randabschnitt 12 durch
Bildung eines 90°-Umformabschnitts 12.1 zur Verstärkung
des Stegs 7. Insgesamt ergibt sich dadurch beim Steg 7 eine
5-fache Materialstärke, nämlich durch die flächig
aneinander anliegenden gleich ausgerichteten Umformabschnitte 12.1, 14.1, 14.2, 11.1, 11.2.
Jeweils die Bandenden der Randabschnitte 12 und 14 sowie
die Umschlagstelle 11.3 des Stegumschlags 11 sind
an jeweils einer Innenseite der ersten oder zweiten Breitwand 3, 4 verlötet.
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7 zeigt
eine weitere Ausführungsform eines Mehrkammer-Flachrohres
R7, das einen Steg 7 ähnlich dem in 6 gezeigten
Steg ausbildet. Im Unterschied zu Mehrkammer-Flachrohr R6 der 6 ist
beim Mehrkammer-Flachrohr R7 der 7 beim Randabschnitt 12 ein
zusätzlicher 90° Umformabschnitt 12.2 vorgesehen,
der, ähnlich dem anhand von 1 und 2 erläuterten
Prinzip, an der Innenseite der zweiten Breitwand 4 flächig
anliegend verlötet ist und den Steg 7 stabilisiert.
Darüber hinaus wird der weitere Randabschnitt 14 ähnlich
wie in 6 ausgeführt, aber entsprechend um die
für den Umformabschnitt 12.2 benötigte
Materiallänge verkürzt – der Umformabschnitt 14.2 ist
damit nicht durchgängig bis zur Innenseite der ersten Breitwand 3 geführt,
sondern endet etwa auf mittlerer Höhe des Stegs 7.
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8 zeigt
ein Mehrkammer-Flachrohr R8, welches hinsichtlich der Randabschnitte 12, 14 sehr ähnlich
identisch zum Mehrkammer-Flachrohr R7 ausgeführt ist. Allerdings
ist vorliegend der Stegumschlag 11 im Bereich der Umschlagstelle 11.3 zwischen
den Umformabschnitten 11.1 und 11.2 flächig abgeplattet.
Dadurch ergibt sich nicht nur eine flächige Anlage an der
Innseite der ersten Breitwand 3 im Bereich der Kontaktstelle 8,
sondern darüber hinaus in vorteilhafter Weise auch eine
zusätzliche die Lötverbindung stärkende
Anlage an der Kontaktstelle 9 zwischen dem Umformabschnitt 14.1 des Randabschnitts 14 und
einer insofern eingebogenen Nase des Stegumschlags 11,
nämlich zwischen der Umschlagstelle 11.3 und dem
Umformabschnitt 11.1 des Stegumschlags 11. Diese
Ausführung des Stegs 7 bietet neben der 5-fachen
Materialstärke im Stegbereich eine besonders hohe Druckfestigkeit
und Stabilität aufgrund der ineinander greifenden Umformabschnitte 14.2, 11.3 und 14.1.
Darüber hinaus wird ein Aufspringen des Mehrkammer-Flachrohres R8
bereits im unverlöteten Zustand durch Ausbildung einer
Hinterschneidung durch die genannte Nase an der Kontaktstelle 9 vermieden.
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Das
in 9 gezeigte Mehrkammer-Flachrohr R9 weist – im
Prinzip ähnlich dem Mehrkammer-Flachrohr R6 – wiederum
zwei abgewinkelte Randabschnitte 12 und 14 zur
Bildung des Stegs 7 auf – die Randabschnitte 12, 14 sind
vorliegend vergleichsweise einfacher ausgeführt. Der Randabschnitt 14 weist
einen einfachen 90°-Umformabschnitt 14.1 auf,
der etwa bis zur mittleren Höhe des Stegs 7 eine
Anlage für den Stegumschlag 11 bildet. Der weitere
Randabschnitt 12 weist Umformabschnitte 12.1 und 12.2 auf,
welche in einer Stufe 12.3 ineinander übergehen.
Durch die Stufe 12.3 wird es möglich, dass zum
einen der Umformabschnitt 12.1 am Umformabschnitt 14.1 im
Bereich der oberen Hälfte des Stegs 7 anliegt,
während durch die Stufe 12.3 eingerückt
der weitere Umformabschnitt 12.2 am Stegumschlag 11 anliegt
und darüber hinaus das Bandende des Randabschnitts 12 an
der Innenseite der zweiten Breitwand aufstößt und
dort verlötet ist. Damit ergibt sich ein Steg, welcher
in der einen Hälfte vorliegend der oberen Hälfte eine
vierfache Materialstärke aufweist und in der anderen Hälfte – vorliegend
der unteren Hälfte – eine 3-fache Materialstärke
aufweist.
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Während
die zuvor erläuterten Ausführungsformen von Mehrkammer-Flachrohren
R1 bis R9 jeweils einen Stegumschlag 11 aufweisen, welcher praktisch
durchgehend von der Innenwand der einen, vorliegend der zweiten,
Breitwand ausgeführt ist, ist in den folgenden Ausführungsformen
der 10 bis 13 ein
Mehrkammer-Flachrohr R10 bis R13 gezeigt, welches mit einem vergleichsweise
kurz ausgeführten Stegumschlag 11 gebildet ist, d.
h. einen Stegumschlag 11, dessen Höhe geringer
als die lichte Querschnittshöhe B des Mehrkammer-Flachrohrs ist.
Beim Mehrkammer-Flachrohr R10 ist der Stegumschlag 11 wiederum
mit Umformabschnitten 11.1 und 11.2 – diesmal
ausgehend von der ersten Breitwand 3 – und vollständig
aus einem Innenabschnitt des Blechbandes gebildet. Im Bereich der
Umschlagstelle 11.3 stößt der Stegumschlag 11 auf
eine weitere Umschlagstelle eines um 90° aufgestellten
Umschlags zwischen Umformabschnitten 12.1 und 12.2 eines
Randabschnitts 12. Vorliegend ist der Stegumschlag 11 über
etwa 2/3 der Höhe des Stegs 7 ausgeführt,
während der weitere Umschlag des Randabschnitts 12 über
etwa 1/3 der Höhe des Stegs 7 ausgeführt
ist. Die Kontaktstelle 8 zur zweiten Breitwand 4 erfolgt
somit an der Umschlagstelle zwischen Umformabschnitt 12.1 und 12.2 des
Randabschnitts 12. Darüber hinaus ist der Steg,
wiederum dem Konzept der Erfindung folgend, weiter mit einem Randabschnitt 13 gebildet,
der dem anhand von 1 erläuterten Prinzip
zwei Umformabschnitte 14.1 und 14.2 aufweist,
die jeweils um 90° abgewinkelt sind. Der erste 90°-Umformabschnitt 14.1 dient zur
Anlage am Stegumschlag 11 während der weitere 90°-Umformabschnitt 14.2 an
der Innenseite der ersten Breitwand 3 anliegend flächig
verlötet ist. Eine vergleichsweise gute Verlötung
und Steifigkeit im Bereich des Stegs 7 wird beim vorliegenden
Mehrkammer-Flachrohr R10 realisiert.
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11 zeigt
noch eine weitere Ausführungsform eines Mehrkammer-Flachrohres
R11, bei dem der Steg 7 wiederum mit einem vergleichsweise
kurz ausgeführten Stegumschlag 11 und, ansonsten ähnlich
der Mehrzahl der zuvor erläuterten Ausführungsformen,
ausgehend von der zweiten Breitwand 4 vollständig
aus einem Innenabschnitt des Blechbandes gebildet ist. Der Stegumschlag 11 erstreckt
sich in eine vorliegend V-förmige Öffnung 18,
welche durch die Randabschnitte 12 und 14 ausgebildet
ist. Der Randabschnitt 12 weist dazu zwei durch eine Stufe 12.3 verbundene
Umformabschnitte 12.1 und 12.2 auf. Ebenso weist
der Randabschnitt 14 zwei durch eine Stufe 14.3 verbundene
Umformabschnitte 14.1 und 14.2 auf. Die Stufen 14.3 und 12.3 dienen
zur Ausbildung einer trichterförmigen Aufweitung, die durch
die Umformabschnitte 12.2 und 14.2 fortgeführt
wird. Die Umformabschnitte 12.2 und 14.2 dienen
als Teil der Randabschnitte 12 und 14 zur beidseitigen
Anlage am Stegumschlag 11. Gleichermaßen dienen
die Umformabschnitte 12.1 und 14.1 zur Ausbildung
des Stegs 7 mit doppelter Materialstärke in der
vorliegend oberen hälftigen Höhe des Stegs 7.
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12 zeigt
ein Mehrkammerflachrohr R12, bei dem gemäß dem
Prinzip des Mehrkammerflachrohres R11 wiederum zur Bildung des Stegs 7 der Stegumschlag 11 im
Bereich einer v-förmigen Öffnung 18 mit
den zwei Randabschnitten 12 und 14 umfasst bzw.
aufgenommen ist. Zusätzlich ist an jedem der Randabschnitte 12 und 14,
dem anhand von 1 erläuterten Prinzip
folgend, ein zusätzlicher Umformabschnitt 12.4 und 14.4 zur
Anlage an einer Innenseite der zweiten Breitwand 4 ausgebildet.
Dadurch wird eine Lötverbindung an der Innenseite der zweite
Breitwand 4 besonders sicher ausgeführt, da im
Unterschied zum Mehrkammerflachrohr R11 nicht nur die Bandenden
der Randabschnitte 11 und 14 verlötet
werden sondern ein flächig anliegender Umformabschnitt 12.4 und 14.4.
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Das
Mehrkammerflachrohr R13 der 13 ist,
wiederum dem Prinzip des Mehrkammerflachrohres R11 der 11 folgend,
mit einem Stegumschlag 11 ausgeführt, der in eine
v-förmige Öffnung 18 zwischen Randabschnitten 12 und 14 eingreift.
Um vorteilhaft eine Materialeinsparung zu realisieren und einen
Ausgleich der Bandtoleranz an den Bandenden der Randabschnitte 12 und 14 zu
ermöglichen sind diese im Unterschied zu den Randabschnitten 12 und 14 des
Mehrkammerflachrohres R11 der 11 verkürzt
ausgeführt, so dass die Bandenden der Randabschnitte 12 und 14 beim
Mehrkammer-Flachrohr R13 nicht mehr an der Innenseite der zweiten Brandwand 4 aufstoßen.
Eine Verlötung der Bandenden bzw. der Umformabschnitte 12.2 und 14.2 erfolgt ausschließlich
am Stegumschlag 11.
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Bei
den Ausführungsformen der Mehrkammerflachrohre R14 bis
R19 ist der Steg 7 mit zwei Stegumschlägen 11 und 13 gebildet,
die jeweils von der gleichen, vorliegend der ersten Breitwand 3,
ausgehen. Die zwei Stegumschläge 11 und 13 sind
in der oben erläuterten Weise auch vorliegend jeweils mit zwei
nicht näher bezeichneten Umformabschnitten gebildet, die
zwischen sich eine Umschlagstelle ausbilden und wobei die Umschlagstelle
jeweils an einer Kontaktstelle 8, 9 an der Innenseite
der anderen Breitwand, vorliegend der zweiten Breitwand 4,
lötverbunden ist. Zwischen den Stegumschlägen 11 und 13 ist
vorliegend eine U-förmige Öffnung 19 ausgebildet,
in die vorliegend zwei aneinander liegende 90° Umformabschnitte
der Randabschnitte 12, 14 eingreifen. Die Herstellung
dieses Mehrkammerflachrohres R14 hat sich als besonders einfach
herausgestellt, wobei in vorteilhafter Weise zusätzlich ein
Aufspringen des Flachrohres im unverlöteten Zustand dadurch
verhindert wird, dass die nicht näher bezeichneten 90°-Umformabschnitte
der Randabschnitte 12 und 14 in die U-förmige Öffnung 19 eingreifen.
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Eine
modifizierte Ausführung dieses Prinzips ist beim Mehrkammerflachrohr
R15 der 15 realisiert, wobei, bei ansonsten
gleicher Ausführung, die Stegumschläge 11, 13 im
oberen Bereich des Steg 7 nicht mehr zur Bildung einer
U-förmigen Öffnung 19 wie beim Mehrkammerflachrohr
R14 geformt sind, sondern vielmehr aneinander liegen, nämlich
im Bereich einer Anlagefläche 17. Im unteren Bereich
laufen die Stegumschläge 11, 13 jeweils
durch Ausbildung einer schräg verlaufenden Stufe auseinander und
räumen damit eine Öffnung 15 ein, in
welche die Randabschnitte 12, 14 eingreifen. Das
Mehrkammerflachrohr R15 weist die gleichen Vorteile wie das Mehrkammerflachrohr
R14 auf, vermeidet jedoch eine U-förmige Öffnung 19,
indem eine lediglich V-förmige Öffnung 15 realisiert
ist und die Stegumschläge 11,13 ansonsten
aneinander liegen. Dadurch wird auch eine durchgehendere Verlötung
des Stegs 7 erreicht.
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16 zeigt
eine weitere Ausführungsform eines Mehrkammerflachrohres
R16, das praktisch dem gleichen Prinzip des Mehrkammerflachrohres R15
der 15 folgt, wobei jedoch die Randabschnitte 12, 14 länger
ausgeführt. sind, als beim Mehrkammerflachrohr R15. Dementsprechend ist
die V-förmige Öffnung 15 bzw. die Länge
der Anlagefläche 17 der Stegumschläge 11, 13 angepasst. Darüber
hinaus weisen die Stegumschläge 11, 13 beim
Mehrkammerflachrohr R16, genauso wie beim Mehrkammerflachrohr R15,
im vorliegend oberen Bereich des Steg 7 einen aneinander
liegenden Bereich zur Ausbildung eines Stegs mit vierfacher Materialstärke
auf und im vorliegend unteren Bereich des Stegs 7 einen
Abstand auf, der mit dem Randabschnitten 12, 14 zur
Ausbildung eines Stegs 7 mit sechsfacher Materialstärke
dient.
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17 zeigt
ein Mehrkammerflachrohr R17, das wiederum – ähnlich
wie das Mehrkammerflachrohr R14 der 14 – zwei
Stegumschläge 11, 13 zur Ausbildung einer
U-förmigen Öffnung 19 aufweist, in welche
Randabschnitte 12, 14 ausgehend von der zweiten
Breitwand 4 eingreifen. Vorliegend sind die Randabschnitte 12, 14 des
Mehrkammerflachrohres R17, im Vergleich zu denen des Mehrkammerflachrohres
R14, länger ausgeführt, so dass die Bandenden
der Randabschnitte 12, 14 am Grund der U-förmigen Öffnung 19 an
der Innenseite der ersten Breitwand 3 zwischen den Stegumschlägen 11, 13 anliegend
lötverbunden sind. Der Steg 7 ist durchgehend
mit einer sechsfachen Materialstärke gebildet, was die
Steifigkeit des Mehrkammerflachrohres R17 im Vergleich zu allen
vorherigen Ausführungsformen beträchtlich erhöht.
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Eine
weitere Erhöhung der Steifigkeit am Steg 7 lässt
sich durch die Ausbildung eines Mehrkammer-Flachrohres R18 oder
R19 der 18 und 19 erreichen,
bei denen wiederum – ähnlich wie bei Mehrkammer-Flachrohr
R14 und R17 eine U-förmige Öffnung zwischen zwei,
diesmal von der zweiten Breitwand 4 aufragenden, Stegumschlägen 11, 13 gebildet
ist und in welche Randabschnitte 12, 14 der vorliegend
ersten Breitwand 3 eingreifen. Der Randabschnitt 14 des
Mehrkammerflachrohres R18 ist vorliegend im Unterschied zum Randabschnitt 14 des
Mehrkammer-Flachrohres R17 als 180°-Umschlag mit zwei nicht
näher bezeichneten Umformabschnitten gebildet, wobei der
zweite Umformabschnitt am Bandende des Randabschnitts 14 zur
Innenseite der ersten Breitwand 13 zurückgeführt und
dort lötverbunden ist. Diese Maßnahme erhöht die
Materialstärke im Bereich des Steges 7 auf den Faktor
7 im Vergleich zu einem mit 6-facher Materialstärke gebildeten
Steg 7 des Mehrkammer-Flachrohres R17.
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Bei
Mehrkammer-Flachrohr R19 in 19 sind
beide Bandenden 12 und 14 zur Innenseite der ersten
Breitwand 3 zurückgeführt, indem sowohl
der Randabschnitt 12 als auch der Randabschnitt 14 als Umschlag
ausgeführt ist. Im Ergebnis greift in die U-förmige Öffnung 19 zwischen
den Stegumschlägen 11, 13 zwei Randabschnitte 12, 14 mit
Umschlägen ein, so dass durchgängig über
die gesamte Höhe des Steges 7 eine 8-fache Materialstärke
realisiert ist.
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Im
Prinzip lässt sich auch bei den Ausführungsformen
der 15 und 16 mit
V-förmigen Öffnungen 15 ein Randabschnitt 12, 14 mit
einem Umschlag realisieren – die Realisierung eines oder mehrerer
Umschläge ist jedoch abzuwägen hinsichtlich der
Verjüngung des Stegs 7 beim Mehrkammer-Flachrohr
R16.
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Das
Mehrkammer-Flachrohr R20 gibt im Wesentlichen die konstruktive Ausführung
des Mehrkammer-Flachrohres R1 der 1 wieder,
wobei u. a. zur Realisierung einer Materialersparnis der 90°-Umformabschnitt 12.4 am
Ende des Randabschnitts 12 nicht realisiert ist. Stattdessen
ist das Bandende des Randabschnitts 12 an der Innenseite
der zweiten Breitwand lötverbunden. Das Mehrkammer-Flachrohr
R20 der 20 weist Einprägungen 21 auf,
die zur Erzeugung einer Turbulenz des im Mehrkammer-Flachrohr R20
strömenden gasförmigen Fluids dienen und dadurch
den Wärmeübergang verbessern. Vorliegend beträgt
die Tiefe b dieser Einprägungen 21 etwa 0,5 mm.
Je nach Strömungsbedarf 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 des Mehrkammer-Flachrohres
R20 gewählt werden. Es versteht sich, dass Einprägungen 21 oder
andere Strömungsleit- oder Turbulenzelemente auch bei dem
zuvor erläuterten Ausführungsformen von Mehrkammer-Flachrohren
R1 bis R19 je nach Bedarf und Zweckmäßigkeit vorgesehen
werden können. Darüber hinaus ist in 20 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 R19 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.
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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 R1–R20
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: sich gegenüberliegende
erste und zweite Breitwände 3, 4, die über sich
gegenüberliegende, jeweils einen Umformbereich bildende erste
und zweite Schmalwände 5, 6 miteinander
verbunden sind, wobei die Breit- und Schmalwände 3, 4, 5, 6 Außenseiten
des Profils bilden, wobei die erste und die zweite Breitwand 3, 4 mit
einem wenigstens zwei Kammern 1, 2 des Profils
trennenden, eine Innenseite des Profils bildenden Steg 7 verbunden sind,
der mit zwei Umformabschnitten 11.1, 11.2 eines
Stegumschlags 11, 13 des Blechbandes an der ersten
Breitwand gebildet ist, wobei der Stegumschlag 11, 13 an
einer Umschlagstelle 11.3 zwischen den zwei Umformabschnitten 11.1, 11.2 an
einer Kontaktstelle 8 der Innenseite der zweiten Breitwand 4 stoffschlüssig
verbunden ist, insbesondere lötverbunden ist. Gemäß dem
Konzept der Erfindung ist der Steg weiter mit einem Randabschnitt 12, 14 wenigstens
eines der Seitenabschnitte gebildet, der eine Anlage für
den Stegumschlag 11, 13 bildet.
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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]