DE102008013018A1

DE102008013018A1 - Flaches Wärmetauscherrohr

Info

Publication number: DE102008013018A1
Application number: DE102008013018A
Authority: DE
Inventors: Dieter Nagel; Daniel Dipl.-Ing. Borst; Jens Dipl.-Ing. Nies
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2008-03-07
Filing date: 2008-03-07
Publication date: 2009-09-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein flaches Wärmetauscherrohr (1) mit zwei Schmal- und zwei Breitseiten und mit einer gewellten Rippe (2) sowie mit in der Rohrwand angeordneten Rillen (3), die mit der Rippe (2) in Kontakt sind. Die Herstellbarkeit des Rohres (1) wird erfindungsgemäß dadurch verbessert, dass die Rillen (3) auf der Innenseite der Rohrwand angeordnet sind und sich in Längsrichtung des Rohres erstrecken, wobei die gewellte Rippe (2) derart im Wärmetauscherrohr angeordnet ist, dass ihre Wellenberge (10) bzw. Wellentäler (20) jeweils in einer Rille (3) liegen.

Description

Die Erfindung betrifft ein flaches Wärmetauscherrohr mit einer gewellten Rippe und mit in der Rohrwand angeordneten Rillen, die mit der Rippe in Kontakt bzw. verbunden sind.
Beispielsweise aus dem EP 30 072 A2 ist ein Wärmetauscherrohr mit den oben erwähnten Merkmalen bekannt. Die gewellte Rippe ist in dieser Veröffentlichung allerdings eine zwischen zwei Wärmetauscherrohren angeordnete Kühlluftrippe, also kein Teil des Wärmetauscherrohres. Die Rillen befinden sich deshalb an der Außenseite des Rohres und erstrecken sich quer zur Längsrichtung des Rohres. Die Rillen sind sehr fein und dicht aneinander liegend ausgebildet. Sie stellen Lotdepots zur Verfügung, um die Lötergebnisse zwischen den Rohren und den gewellten Kühlluftrippen zu verbessern. Weitere Lösungen, die Ähnlichkeiten mit dem aus EP 30 072 A2 bekannten Stand der Technik besitzen, gehen beispielsweise aus DE 388 044 oder aus EP 1 640 684A1 hervor.
Andere bekannte Wärmetauscherrohre besitzen gewellte innere Rippen, die somit Teil der Rohre sind. Die Wellenberge und Wellentäler sind mit der Innenseite der Rohrwand verlötet. Hierzu soll auf die gegenwärtig noch nicht veröffentlichte Patentanmeldung der Anmelderin mit dem Aktenzeichen DE 10 2006 054 814.0 hingewiesen werden. Das dort gezeigte und beschriebene Wärmetauscherrohr ist speziell für Klimakondensatoren vorgesehen. Auf Wärmetauscherrohre mit einer gewellten inneren Rippe ist die vorliegende Erfindung gerichtet.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Verbindung der Rohrwand mit einer gewellten Rippe zu verbessern und auch darin, die Herstellung solcher Rohre zu erleichtern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem flachen Wärmetauscherrohr gelöst, welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Weil die Rillen auf der Innenseite der Rohrwand angeordnet sind und sich in Längsrichtung des Rohres erstrecken, wobei die gewellte Rippe derart im Wärmetauscherrohr angeordnet ist, dass ihre Wellenberge bzw. Wellentäler jeweils in einer Rille liegen, ist die Herstellung von flachen Rohren, die eine innere gewellte Rippe aufweisen, verbessert worden. Es wurde festgestellt, dass eine dichtere, auch eine festere Verbindung der inneren gewellten Rippe mit der Rohrwand möglich geworden ist. Die Herstellbarkeit ist deshalb vereinfacht worden, weil die zulässigen Toleranzen der gewellten Rippe etwas größer gewählt werden können.
Gemäß einem Aspekt ist weiterhin vorgesehen, dass die Rillen in parallelen Linien an der Innenseite entlang laufen.
Gemäß einem weiteren Detail ist vorgesehen, dass die inneren Rillen auf beiden Breitseiten etwa mit den gleichen Abständen angeordnet sind.
Es ist außerdem von Vorteil, dass die Rohrwand in den Abständen zwischen den Rillen etwa eben ausgebildet ist. Dadurch wird die Qualität der Verbindung zwischen den Rohren und den außen angeordneten Kühlluftrippen nicht beeinträchtigt.
Damit die Wellenberge und die Wellentäler sich leicht in die inneren Rillen einfügen lassen ist vorgesehen, dass die inneren Rillen auf beiden Breitseiten so angeordnet sind, dass zwischen zwei inneren Rillen an der einen Breitseite jeweils eine innere Rille an der gegenüberliegenden anderen Breitseite läuft. Die Längsränder der gewellten Rippe liegen innen an den Schmalseiten an, wodurch auch die Positionierung der Rippe im Rohr bzw. in den Rillen erleichtert wird.
Ein weiterer Vorteil wird dadurch erreicht, dass das Abstandsmaß zwischen zwei benachbarten Rillen etwas größer ist als die Breite einer jeden Rille.
Je nach Ausbildungsart der Rillen kann vorgesehen sein, dass sich Rillen entweder auch an der Außenseite der Rohrwand zeigen oder auch nicht zeigen.
Wenn die Rillen auch an der Außenwand vorhanden sind, ist vorgesehen, dass die Rillen an der Innenseite tiefer sind als die Rillen an der Außenseite. Die löttechnische Verbindung wird verbessert, wenn die inneren Rillen so ausgeformt, z. B. gerundet sind, dass sie jeweils einen Wellenberg bzw. Wellental satt in sich aufnehmen können.
Damit möglichst geringe Rohrwanddicken (je nach Applikation 0,03 mm–0,20 mm) zur Verfügung gestellt werden können ist es vorteilhaft, wenn die Rohrwand aus zwei identischen Blechstreifen besteht. Die identischen Blechstreifen sind an einem Längsrand mit einem größeren und am anderen Längsrand mit einem kleineren Bogen ausgebildet, wobei der größere Bogen des einen Blechstreifens den kleineren Bogen des anderen Blechstreifens zur Bildung der Schmalseiten des Wärmetauscherrohres in sich aufnimmt. Die Wanddicke der inneren Rippe ist in allen Applikationen geringer als die Rohrwanddicke.
Die Rillen in den Blechstreifen werden durch einen Walz – bzw. Rollprozess erzeugt, der in Längsrichtung der Blechstreifen abläuft.
Ein Wärmetauscher, der so ausgebildete flache Wärmetauscherrohre aufweist und der zwischen den Wärmetauscherrohren angeordnete gewellte Kühlluftrippen besitzt ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die Wellenberge bzw. Wellentäler der Kühlluftrippen quer über die Rillen der Wärmetauscherrohre erstrecken.
Die Erfindung wird nun in Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Die 1 zeigt eine Ansicht auf ein Rohrende bzw. einen Querschnitt des erfindungsgemäßen Wärmetauscherrohres.
Die 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus 1.
Die 3 zeigt eine andere Ausführung.
Die 4 und 5 zeigen einen Wärmetauscher.
Das abgebildete Wärmetauscherrohr 1 kann für Klimakondensatoren eingesetzt werden, aber genauso gut auch für Kühler bzw. Wärmetauscher jeder Art. Die Rohre 1 würden sich lediglich bezüglich der Rohrwanddicke und der Rohrhöhe bzw. bezüglich der hydraulischen Durchmesser der Kanäle unterscheiden. Während beispielsweise für Klimakondensatoren wegen der dort herrschenden recht hohen Drücke eine Rohrwanddicke zwischen 0,15 und 0,20 mm eingesetzt wird, kann für Wasserkühler oder Ladeluftkühler durchaus eine Rohrwanddicke zwischen 0,10–0,15 mm in Frage kommen. In jedem Fall ist die Wanddicke der inneren Rippe 2 geringer. Sie kann zwischen 0,03 mm und 0,10 mm angesiedelt sein.
Das Wärmetauscherrohr 1 wird auf einer Walzenstraße hergestellt. Im Unterschied zu der beispielsweise aus DE 10 2006 033 568 A1 bekannten Walzenstraße, weist die hier eingesetzte aber nicht dargestellte Walzenstraße wenigstens ein Umform-Walzenpaar auf, mit dem die Rillen 3 erzeugt werden. In Übereinstimmung mit dieser Veröffentlichung besteht auch die Rohrwand des in diesem Ausführungsbeispiel vorgesehenen Wärmetauscherrohrs aus zwei identischen umgeformten Blechstreifen, die jeweils durch ihnen zugeordnete Umform-Walzenpaare laufen. Deshalb kann bezüglich der Art und Weise der Herstellung des vorschlagsgemäßen Wärmetauscherrohres im Übrigen auf die genannte Veröffentlichung verwiesen und demzufolge an dieser Stelle weggelassen werden.
Aus der 1 und 2 ist ersichtlich, dass die Abmessungen der Wellen der inneren Rippe 2 mit denjenigen der Rillen 3, die in den beiden inneren Breitseiten des Wärmetauscherrohres 1 angeordnet sind, derart korrespondieren, dass jedes Wellental 20 und jeder Wellenberg 10 der gewellten Rippe 2 in einer entsprechenden Rille 3 zu liegen kommen. Im dargestellten Fall liegen die Wellenberge 10 bzw. Wellentäler 20 satt in den Rillen 3. Wie weiter zu sehen ist, besitzen die Rillen 3 dieses Ausfüh rungsbeispiels, im Querschnitt betrachtet, zwei nach innen stehende, in Längsrichtung laufende Vorsprünge 31, 32, die sozusagen die Rillen 3 einfassen oder begrenzen, bzw. die die eigentliche Rillenform ausbilden. Das führt dazu, dass, selbst dann, wenn die Wellenhöhen Wh der gewellten inneren Rippe 2 nicht 100%tig identisch sind, eine gute Verbindung, meistens eine Lötverbindung, jedes Wellenberges bzw. Wellentales in der zugeordneten Rille 3 möglich ist. Somit kann auch eine durchgehende Verbindung sämtlicher Berge und Täler mit der Rohrwand gewährleistet – zumindest jedoch kann die Verbindung verbessert werden – weshalb das Wärmetauscherrohr selbst bei Rohrwanddicken im erwähnten Bereich für hohe Innendrücke geeignet ist. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Rohrhöhe Rh im Einsatzfall als Kondensatorrohr oder auch als Wasserkühlerrohr etwa 1,0 mm oder geringfügig darüber oder sogar darunter liegt, wobei die Wellenhöhen Wh etwas kleiner sein müssen. Daraus ist erkennbar, welche hohen Ansprüche an die Gewährleistung äußerst kleiner Toleranzen bezüglich der Wellenhöhen Wh zu stellen sind. Im Zulassen etwas größerer Toleranzen liegt der Hauptvorteil des vorliegenden Vorschlags. Bekanntlich benötigen qualitätsgerechte Lötverbindungen während des Lötprozesses eine möglichst gleichmäßige Anpresskraft an allen Lötnähten. Diese ist bezüglich der Gleichmäßigkeit nicht optimal, wenn einzelne Wellen der gewellten Rippe 2 möglicherweise einige 100stel-Millimeter kleiner oder größer bezüglich ihrer Wellenhöhe Wh sind als andere. Einzelne Wellen mit geringerer Wellenhöhe Wh schmiegen sich gemäß diesem Vorschlag an die Vorsprünge 31 bzw. 32 an und werden daran verlötet. Wegen der Ausbildung der erwähnten inneren Vorsprünge 31, 32 kommt es zur Ausbildung von Rillen 3 an der Außenseite der Rohrwand. Diese äußeren Rillen 3 sind wesentlich kleiner als die inneren Rillen 3 wie insbesondere aus der 2 ersichtlich ist. Da die beiden Längsränder der gewellten inneren Rippe 2 in den Schmalseiten des flachen Wärmetauscherrohres anliegen, wird erwartet, dass die Wellenberge 10 und die Wellentäler 20 im Zuge der Herstellung des Rohres ihre korrekte Position in den Rillen 3 finden werden. Wie aus den beschriebenen Darstellungen weiterhin ersichtlich ist, wurde die Ausbildung der Rillen 3 ohne wesentliche Reduzierung der Rohrwanddicke ausgeführt, was der bereits sehr kleinen Rohrwanddicke geschuldet ist.
Werden etwas dickere Blechstreifen (beispielsweise 0,20 mm oder etwas mehr) eingesetzt, können die inneren Rillen 3 ohne weiteres auch mittels der erwähnten Walzen nach Art einer Prägung (3) eingewalzt werden, wobei dann in den Tälern der Rillen 3 reduzierte Rohrwanddicken vorliegen. Eine satte Auflage der Wellenberge bzw. Wellentäler ist nicht unbedingt erforderlich. Es kann schon ausreichen, wenn die Wellenberge bzw. Wellenberge durch die Rillen 3 sozusagen zentriert sind. Im Unterschied zum oben beschriebenen Ausführungsbeispiel, sind bei dem Ausführungsbeispiel mit eingeprägten Rillen 3 an der Außenseite der Rohrwand keine Rillen 3 vorhanden. Die 3 wurde gegenüber der 2 lediglich soweit verändert, dass erkannt werden kann was hiermit gemeint ist. Die reduzierte Wanddicke in den eingeprägten inneren Rillen 3 und die nicht gerillten, das heißt, die glatten Außenseiten der Rohrwand sollten in der 3 jedenfalls erkennbar sein.
Aus den Figuren ist schließlich auch erkennbar, dass der Abstand 30 zwischen zwei Rillen 3 etwas größer ist als die Breite der Rillen 3. Die Außenseiten der Rohre sind in den Abständen 30 etwa eben ausgebildet. Die Außenseiten lassen sich deshalb leicht und in hoher Qualität mit einer gewellten Kühlluftrippe verlöten. Es ist weiter zu sehen, dass die Rillen 3 auf beiden Breitseiten so angeordnet sind, dass zwischen zwei Rillen 3 an der einen Breitseite jeweils eine Rille 3 an der anderen Breitseite angeordnet ist, damit dem Verlauf der gewellten inneren Rippe 2 entsprochen werden kann.
Wie allgemein bekannt ist, befinden sich an den Enden der Rohre 1 des in der 5 abgebildeten Wärmetauschers nicht gezeigte Behälter, die das in den Rohren 1 strömende Mittel, beispielsweise eine Kühlflüssigkeit, sammeln bzw. auf die Rohre 1 verteilen. In der 4 ist ein Stück dieses Wärmetauschers in einer perspektivischen Ansicht zu sehen, dessen Wärmetauschernetz aus parallel angeordneten flachen Wärmetauscherrohren 1 der zuvor gezeigten und beschriebenen Art sowie aus dazwischen angeordneten gewellten Kühlluftrippen 50 besteht. Die Blockpfeile sollen die durch die Rippen 50 strömende Kühlluft andeuten. Die Wellenberge 51 und die Wellentäler 52 der Kühlluftrippen 50 verlaufen quer zu den Rillen 3 in den Rohren 1.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 30072 A2 [0002, 0002]
- DE 388044 [0002]
- EP 1640684 A1 [0002]
- DE 102006054814 [0003]
- DE 102006033568 A [0023]

Claims

Flaches Wärmetauscherrohr (1) mit zwei Schmal – und zwei Breitseiten und mit einer gewellten Rippe (2) sowie mit in der Rohrwand angeordneten Rillen (3), die mit der Rippe (2) in Kontakt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (3) auf der Innenseite der Rohrwand angeordnet sind und sich in Längsrichtung des Rohres erstrecken, wobei die gewellte Rippe (2) derart im Wärmetauscherrohr angeordnet ist, dass ihre Wellenberge (10) bzw. Wellentäler (20) jeweils mit einer Rille (3) kooperieren.
Flaches Wärmetauscherrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (3) in parallelen Linien oder Reihen an der Innenseite der Rohrwand entlang laufen.
Flaches Wärmetauscherrohr nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (3) auf beiden Breitseiten etwa mit den gleichen Abständen (30) angeordnet sind.
Flaches Wärmetauscherrohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrwand in den Abstände (30) zwischen den Rillen (3) etwa eben ausgebildet ist.
Flaches Wärmetauscherrohr nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (3) auf beiden Breitseiten so angeordnet sind, dass zwischen zwei Rillen (3) an der einen Breitseite jeweils eine Rille (3) an der anderen Breitseite läuft.
Flaches Wärmetauscherrohr nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandsmaß zwischen zwei benachbarten Rillen (3) etwas größer ist als die Breite einer jeden Rille (3).
Flaches Wärmetauscherrohr nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Rillen (3) auch an der Außenseite der Rohrwand zeigen.
Flaches Wärmetauscherrohr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (3) an der Innenseite tiefer sind als die Rillen an der Außenseite.
Flaches Wärmetauscherrohr nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillenform der Rillen (3) an der Innenseite mittels zweier Vorsprünge (31, 32) ausgebildet ist.
Flaches Wärmetauscherrohr nach einem der vorstehenden Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenseite der Rohrwand keine Rillen vorhanden sind, wobei die Rillen an der Innenseite mittels Prägewalzen hergestellt sind.
Flaches Wärmetauscherrohr nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (3) so ausgeformt sind, dass sie jeweils einen Wellenberg bzw. Wellental satt in sich aufnehmen.
Flaches Wärmetauscherrohr nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrwand aus zwei identischen Blechstreifen besteht, deren umgeformten Längsränder in den Schmalseiten des Wärmetauscherrohres übereinander liegen, um die Schmalseiten zu verstärken.
Wärmetauscher, der flache Wärmetauscherrohre (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche aufweist und der zwischen den Wärmetauscherrohren (1) angeordnete gewellte Kühlluftrippen (50) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Wellenberge (51) bzw. Wellentäler (52) der Kühlluftrippen (50) quer über die Rillen (3) der Wärmetauscherrohre (1) erstrecken.