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Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscherblock aus zwei Schmal- und zwei Breitwände aufweisenden Flachrohren und aus einem Rohrhalter an den Enden der Flachrohre, sowie mit weiteren Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für Wärmetauscherblöcke. Ein Wärmetauscherblock ist u. a. aus dem
EP 1 774 245 B1 bekannt. Die Rohrhalter dieses Wärmetauscherblocks besitzen zwei durchgehende Längsränder und beabstandete Durchbrüche zur Aufnahme der Flachrohrenden. Die Durchbrüche erstrecken sich bis in die beiden Längsränder hinein und die Schmalwände der Flachrohre weisen einen Überstand über die Längsränder auf. Im Bereich der Überstände werden Vorsprünge in die Flachrohrenden hineingesteckt. Die aus dieser Referenz erkennbare Bauweise ist fertigungstechisch vorteilhaft und führt zu qualitativ hochwertigen Wärmetauschern. Die Darstellung von Änderungen des Wärmetauschers bezüglich seiner Baugröße ist jedoch, beispielsweise wegen der notwendigen Bereitstellung zahlreicher neuer Werkzeuge, oft recht teuer. Ein anderer Wärmetauscherblock gehört zur Gattung der manchmal so genannten „Stab-Platte-Wärmetauscher”. Diese Gattung ist dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Stäbe an zwei gegenüberliegenden Plattenrändern angeordnet sind. Auf die Stäbe wird die nächste Platte gelegt und weitere zwei Stäbe werden an den anderen zwei gegenüberliegenden Plattenrändern angeordnet, usw. Diese Bauweise (Gattung) besitzt den Vorteil, dass relativ geringe Werkzeugkosten bzw. Vorleistungskosten zur Herstellung der Wärmetauscher notwendig sind. Deshalb wird sie oft in der Kleinserienfertigung angewendet. Änderungen, beispielsweise bezüglich der herzustellenden Wärmetauschergrößen, lassen sich ebenfalls relativ einfach darstellen. Als Nachteil muss jedoch die hohe Anzahl von Einzelteilen, das heißt, Platten, Stäbe bzw. Abstandshalter, etc. angeführt werden. Aufgrund vorstehender Umstände ist der Anteil manuell auszuführender Fertigungsschritte relativ hoch. Ein Beispiel dieser Gattung kann aus
DE 298 22 888 U1 entnommen werden. Sie wurde dort als „Platten-Leisten-Kühlblock” bezeichnet.
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Ferner ist aus der
DE 100 01 974 A1 ein Wärmetauscherblock bekannt, der zwei unter seinen Rohrböden angeordnete kammartig gestaltete Gebilde aufweist, um die stark belasteten Verbindungen der Flachrohrenden in den Durchbrüchen des Rohrbodens zu verstärken. Die beiden kammartigen Gebilde sind sozusagen nach der Art einer Verzahnung zueinander angeordnet, wobei sie von gegenüberliegenden Längsseiten so unter den Rohrboden geschoben worden sind, dass jeweils eine Zinke des einen kammartigen Gebildes die einen Breitwände einer Reihe von Flachrohre abstützt bzw. verstärkt und eine Zinke des anderen kammartigen Gebildes die anderen Breitwände derselben Flachrohre abstützt bzw. verstärkt. Die kammartigen Gebilde erhöhen das Gewicht und die Kosten dieses Wärmetauschers.
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In der
DE-AS-2 265 349 stellen zwei kammartige Gebilde (Harken) den Rohrhalter dar. Dort liegen die Zinken der beiden Harken zwischen den Flachrohren übereinander, was als material – und zeitaufwendig angesehen werden kann. Die Befestigung des dortigen Sammelkastens wird an den durchgehenden Längsrändern der zwei kammartigen Gebilde (Harken) vorgenommen. Zudem muss eine zusätzliche Rahmenkonstruktion nach der Art eines Hilfsrohrbodens eingesetzt werden. Obwohl dieser Wärmetauscher keinen Stapel aus Flachrohren und Rippen aufweist sondern lediglich einen Rohrstapel könnte er als nächstliegender Stand der Technik angesehen werden. (siehe Oberbegriff des Anspruchs 1)
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Die beiden kammartigen Gebilde in der
DE-PS-721 466 liegen mit ihren Zinken nicht übereinander sondern die Zinken stoßen stumpf aneinander an und müssen verbunden werden. Diese Lösung ist auf den Einsatz spezieller teurer Flachrohre zugeschnitten worden, die auch den heutigen Forderungen nach Leichtbau nicht mehr entsprechen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Abschwächung oder Beseitigung wenigstens eines der Nachteile der beschriebenen Wärmetauscher.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Wärmetauscherblock gelöst, der sämtliche Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
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Weil gemäß einem wichtigen Aspekt der Rohrhalter, als Einzelteil und nach der Art einer Harke mit einem unterbrochenen Längsrand und einem durchgehenden Längsrand sowie mit daran in Abständen angeordneten Zinken ausgebildet ist, wobei die Enden der Flachrohre derart in den Abständen zwischen den Zinken angeordnet sind, dass eine Schmalwand der Flachrohre in dem unterbrochenen Längsrand liegt und diesen verstärkt, stellt der vorgeschlagene Wärmetauscherblock einen ausgezeichneten Kompromiss zu den zwei einleitend beschriebenen Bauweisen dar, der sich zumindest teilweise deren Vorteile zu Nutze macht. Der unterbrochene Längsrand kann wegen seiner Verstärkung durch die Schmalwände unmittelbar zur Befestigung eines Sammelkastens herangezogen werden, bzw. diesem Zweck dienen.
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Im Vergleich zum erstgenannten Stand der Technik entfällt die Notwendigkeit des Ausbildens der Vorsprünge, die in Flachrohrenden zu stecken sind. Insgesamt scheinen der Herstellungsaufwand und der Werkstoffeinsatz noch etwas niedriger zu liegen. Im Vergleich zur Stab-Platte-Bauweise werden wesentlich weniger Einzelteile benötigt, mit den daraus resultierenden weiteren Vorteilen.
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Im Vergleich zu dem an dritter und vierter Stelle aufgeführten Stand der Technik wird ein wesentlich leichterer und kostengünstigerer Wärmetauscher bereitgestellt.
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Der hier verwendete Begriff „Längsränder” dient lediglich der Unterscheidung zu anderen Rändern, beispielsweise zu den Querrändern des Rohrhalters. Er sagt jedenfalls im Zusammenhang mit diesem Vorschlag nicht aus, dass Längsränder stets länger sein müssen als Querränder.
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Das Herstellungsverfahren für Wärmetauscherblöcke weist folgende Schritte auf: Bereitstellen von zwei Schmal- und zwei Breitwände aufweisenden Flachrohren und von Rippen; Bilden eines Rippen-Rohr-Stapels; Bereitstellen von zwei Rohrhaltern; Befestigen der Enden der Flachrohre an den Rohrhaltern.
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Das Herstellungsverfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass Rohrhalter nach der Art von Harken mit einem durchgehenden Längsrand und mit daran beabstandet angeordneten Zinken hergestellt werden, dass die Rohrhalter mit einer über ihren Längsrand wirkenden Dehnungskraft oder Biegekraft beaufschlagt werden, wobei sich die Abstände (Abstandsmaße) zwischen den Zinken V-förmig aufspreizen, dass die Flachrohrenden in die aufgespreizten Abstände eingefügt werden und dass die Rohrhalter von der Dehnungskraft entlastet werden.
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Durch dieses Herstellungsverfahren wird die Herstellbarkeit solcher Wärmetauscherblöcke verbessert, weil das Einfügen der Flachrohre zwischen die Zinken erleichtert wird. Die erforderliche Aufbiegung oder Dehnung, die zum Aufspreizen führt, ist sehr gering und kann im elastischen Bereich liegen.
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Die Flachrohre sind bevorzugt aus umgeformten Blechstreifen hergestellt. Der Einsatz stranggepresster Flachrohre mit wenigstens einer stabilen Schmalwand oder auch mit zwei stabilen Schmalwänden, die im Rahmen dieses Vorschlags auch als nahtloser Übergang der Breitwände zu verstehen sind, ist möglich. (siehe Anspruch 3) An den Rohrhaltern werden Sammelkästen befestigt, um den Wärmetauscherblock zum Wärmetauscher zu komplettieren. Eine Schmalwand der Flachrohre soll vorzugsweise durch eingefügte Stäbe dargestellt werden. Die Stäbe besorgen eine besonders hohe Stabilität des unterbrochenen Längsrandes des Rohrhalters zur Befestigung der Sammelkästen.
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Andere weiterbildende bzw. alternative Merkmale bezüglich des Wärmetauscherblocks sind in den Unteransprüchen 2–9 enthalten, die allein zur Vermeidung von Wiederholungen an dieser Stelle nicht aufgeführt sind. Darüber hinaus ergeben sich alle Merkmale und deren Vorteile aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen.
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Die Zeichnungen zeigen Folgendes:
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1 Explosionsdarstellung eines Wärmetauschers mit Wärmetauscherblock;
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2 Vergrößerter Ausschnitt aus dem Wärmetauscher;
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3 Rohrhalter des Wärmetauscherblockes;
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4 Ein anderer vergrößerter Ausschnitt;
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5 und 6 eine Weiterbildung des Wärmetauscherblocks;
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7 und 8 eine zweite Weiterbildung;
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9 und 10 eine dritte Weiterbildung;
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11 und 12 Darstellungen der Montage des Rippen-Rohr-Stapels mit dem Rohrhalter in zwei Ansichten;
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13 und 14 eine vierte Weiterbildung;
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In den gezeigten Ausführungsbeispielen werden die Flachrohre 1 aus einem beispielsweise „endlosen” Blechstreifen hergestellt. Der erwähnte mögliche Einsatz von stranggepressten Flachrohren 1 ist in den Figuren nicht abgebildet. Die Flachrohre 1 weisen, wie an sich natürlich bekannt, zwei gegenüberliegende Breitwände 1b und zwei gegenüberliegende Schmalwände 1a auf. Der in der einen Schmalwand 1a vorhandene nahtlose Übergang von den Breitwänden 1b in die Schmalwand 1a wird in den Ausführungsbeispielen durch eine etwa auf der Mittellängsachse des Blechstreifens liegende Biegung B (4) des Blechstreifens um etwa 180° erzeugt. Außer im Ausführungsbeispiel gemäß 7 und 8 besitzen die Flachrohre 1 auch einen Inneneinsatz 1c, der ebenfalls aus einem endlosen Blechstreifen hergestellt sein kann. Der Inneneinsatz 1c wird vor dem vollständigen Abschluss der Biegevorgangs, also in einem Fertigungsstadium, in dem die Breitwände 1b noch etwas „aufklaffen”, eingefügt. Die zweite Schmalwand 1a wird im Anschluss daran durch das Einfügen eines Stabes 10 zwischen die beiden Ränder der Breitwände 1b dargestellt. Es kann sich dabei ebenfalls um einen „endlosen” Stab handeln.
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In dem Ausführungsbeispiel gemäß den 7 und 8 wurden keine Stäbe 10 eingefügt sondern die beiden Längsränder der Breitwände 1b wurden zur Darstellung der zweiten (verstärkten) Schmalwand 1a gefaltet (Faltungen 11). Es ist zweifellos möglich, nur einen der Längsränder zu falten und an den anderen unverformten Längsrand anzulegen, was nicht gezeigt wurde. Es sind ebenfalls mehrfache Faltungen 11 möglich, obwohl lediglich eine einfache Faltung 11 an beiden Längsrändern gezeigt wurde. Wie aus dem Vergleich der 7 und 8 mit den anderen Figuren ersichtlich ist, sind die dort vorhandenen Flachrohre 1 etwas flacher ausgebildet. Es könnte sich deshalb in den 7 und 8 um einen Wasserkühler handeln, der gewöhnlich flachere Flachrohre 1 aufweist. In den anderen Figuren könnte es sich hingegen eher um beispielsweise Ladeluftkühler, Abgaskühler oder dergleichen handeln, die gewöhnlich etwas breitere Flachrohre 1 besitzen.
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Dermaßen hergestellte und auf das benötigte Längenmaß zugeschnittene Flachrohre 1 werden unter Zwischenfügung von Wellrippen 2 zu einem Rippen-Rohr-Stapel 12 zusammengesetzt. Dabei wird darauf geachtet, dass sämtliche Flachrohre 1 mit ihren als nahtlosen Übergang ausgebildeten Schmalseiten 1a an ein und derselben Seite des Stapels 12 zu liegen kommen.
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Aus einem anderen etwas dickeren Blechstreifen werden mittels Umformung desselben Rohrhalter 3 auf nicht gezeigten weil an sich bekannten Umformmaschinen hergestellt. Die Rohrhalter 3 erinnern an die Gestalt von allgemein zur gärtnerischen Bodenbearbeitung bekannten Harken, denn sie weisen einen durchgehenden Längsrand 30 auf und besitzen am durchgehenden Längsrand 30 beabstandet angeordnete Zinken 32. Parallel dazu erstreckt sich ein unterbrochener Längsrand 31, der durch die Enden der Zinken 32 definiert ist. Im Allgemeinen sind die Rohrhalter 3 etwa eben ausgebildet. Sie können allerdings auch eine konvexe Krümmung 35 oder Biegung aufweisen, wie es im Ausführungsbeispiel gemäß den 5 und 6 gezeigt wird. Solche Ausgestaltungen sind vorteilhaft für Wärmetauscherapplikationen, bei denen mit hohem Innendruck zu rechnen ist. Die Rohrhalter 3 gemäß den Darstellungen in den 1–4 und 7 weisen in der Nähe der beiden Längsränder 30, 31 noch eine in Längsrichtung verlaufende Abbiegung 36 auf. In den 9 und 10 hingegen fehlen diese Abbiegungen. Dort gehen die Längsränder 30, 31 unmittelbar in eine Anschlussfläche für einen beispielsweise später anzubringenden Sammelkasten 4 über.
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Um das nun folgende Montieren der Flachrohrenden zwischen den Zinken 32 der Rohrhalter 3 wesentlich zu erleichtern, werden die Rohrhalter 3 etwas aufgebogen, das heißt, mit einer über ihren durchgehenden Längsrand 30 wirkenden Biegekraft belastet, wodurch sich die Abstände 33 zwischen den Zinken 32 geringfügig aufspreizen. Aus den Darstellungen gemäß 11 (Draufsicht) und 12 (Seitenansicht) ist Vorstehendes erkennbar. An den beiden Rändern (Randpfeile) wird der Rohrhalter 3 festgehalten und gemäß dem mittleren Pfeil wird die Biegekraft F aufgetragen. Die 11 und 12 zeigen, dass durch die Biegekraft F die Abstände 33 zum Ende der Zinken 32 hin geringfügig größer werden, wodurch das Einfügen der Flachrohrenden in die Abstände 33 einfacher geworden ist. Der Rippen-Rohr-Stapel 12, der über die Rippen 2 ragende Flachrohrenden aufweist, wird mit denselben, gegebenenfalls mittels einer nicht gezeigten Hilfsvorrichtung, in die erwähnten Abstände 33 eingesetzt und zwar so, dass die als nahtloser Übergang ausgebildeten Schmalseiten 1a der Flachrohre 1 am durchgehenden Längsrand 30 des Rohrhalters 3 bzw. im Grund 34 der Zinken 32 zu liegen kommen. Das hat den wesentlichen Vorteil, dass die Stäbe 10 oder die Faltungen 11 an den anderen, den stabileren, Schmalseiten 1a der Flachrohre 1, gemeinsam mit dem dort vorhandenen unterbrochenen Längsrand 31 des Rohrhalters 3 eine stabile, beispielsweise eine Schweißverbindung zulassende, Nahtvorbereitung ausbilden, denn diese stabileren Schmalseiten 1a liegen in dem besagten unterbrochenen Längsrand 31. Nach dem beschriebenen Einsetzen werden die Rohrhalter 3 von der Biegekraft entlastet. Der Rippen-Rohr-Stapel 12 wird vorzugsweise als Ganzes mit den Rohrhaltern 3 montiert. Insofern könnten die Darstellungen in 4 oder 7, in denen einige Flachrohe 1 bereits eingesetzt bzw. montiert sind und andere nicht, missverständlich sein, was nicht beabsichtigt ist. Allerdings können bei besonders großen Wärmetauscherblöcken gegebenenfalls auch einzelne Stapelsektionen gebildet und mit dem Rohrhalter 3 montiert werden. Im Übrigen kann ein in den 11 und 12 nicht gezeigter zweiter Rohrhalter 3 am anderen Ende der Flachrohre 1 in einer entsprechenden Hilfsvorrichtung in einem Zug, also gleichzeitig mit dem gezeigten Rohrhalter 3, montiert werden.
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Es sei noch betont, dass der Einsatz von Flachrohren 1 mit zwei stabilen Schmalseiten 1a – im Gegensatz zu den oben beschriebenen Flachrohren 1, die nur eine besonders stabile Schmalseite 1a aufweisen – natürlich nicht ausgeschlossen ist. In diesem Fall würde zwar etwas mehr Werkstoff eingesetzt werden müssen, jedoch wäre dann die vorstehend beschriebene Prozedur nicht notwendig, denn die gewollte Verstärkung des unterbrochenen Längsrandes 31 durch stabile Schmalseiten 1a wäre erreicht, ohne auf die korrekte Orientierung der stabileren Schmalseiten 1a im Stapel achten zu müssen.
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Die Flachrohre 1, die Rippen 2 und die Rohrhalter 3 bilden den Wärmetauscherblock. Sammelkästen 4 werden an den Längsrändern 30, 31 der Rohrhalter 3 befestigt. Die Einzelteile sind zweckentsprechend mit einer Lotschicht versehen und werden oder wurden bereits für den nun folgenden beispielsweise CAB-Lötprozess vorbehandelt. In den gezeigten Ausführungsbeispielen werden Sammelkästen 4 jedoch nach dem Löten an den Längsrändern 30, 31 der Rohrhalter 3 angeschweißt, um den Wärmetauscherblock zum Wärmetauscher zu komplettieren. Wie die vergrößerten Ausschnitte gemäß den 2 oder 8 zeigen, unterstützen die Stäbe 10 oder die Faltungen 11 die Herstellung qualitätsgerechter Schweißverbindungen, denn ihre Enden befinden sich etwa auf einem Niveau mit dem durch die Enden der Zinken 32 definierten unterbrochenen Längsrand 31 der Rohrhalter 3. Die sehr dünnwandigen Flachrohre 1 werden somit durch den Schweißprozess nicht beschädigt. Qualitätsgerechte Schweißverbindungen werden auch dadurch gefördert, dass die beiden Schweiß-Längsränder 41 des Sammelkastens 4 eine Verdickung aufweisen, die eine etwa halbe V-Nahtvorbereitung 45 mit den Längsrändern 30 bzw. 31 des Rohrhalters 3 bilden. (2) An der Innenseite der Längsränder 41 des Sammelkastens 4 können in den, den Abständen der Flachrohre 1 entsprechenden Abständen Eindellungen oder Einprägungen 42 (1 und 4) vorhanden sein, die dazu beitragen, dass der innere Strömungsquerschnitt der Flachrohre 1 nicht unnötig eingeengt wird. Durch die Rippen 2 des gezeigten Wärmetauschers kann beispielsweise Kühlluft frei hindurchströmen.
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Bei anderen Wärmetauscheranwendungen, die beispielsweise in den 13 und 14 gezeigt sind, strömt eine Kühlflüssigkeit durch die Rippen 2. In diesen Anwendungen sollten dann die offenen Seiten des Stapels 12 mit Blechen 5 verschlossen sein. Diese Bleche 5 können eine partielle Wölbung aufweisen und können somit auch Sammelkästen für die Kühlflüssigkeit bilden, deren Ränder ebenfalls mit den vorschlagsgemäßen unterbrochenen und mit den Schmalseiten 1a verstärkten Längsrändern 31 der Rohrhalter 3 verbunden sein können. Die Form der Nahtvorbereitung 45 erinnert dann an eine Ecknaht, wie der Ausschnitt gemäß 14 verdeutlicht. Die Rohrhalter 3 können (aber müssen nicht zwangsläufig) Teil der Bleche 5 sein, wie in den 13 und 14 gezeigt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1774245 B1 [0001]
- DE 29822888 U1 [0001]
- DE 10001974 A1 [0002]
- DE 2265349 [0003]
- DE 721466 [0004]
