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Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, mit einem Stapel aus Flachrohren mit Breit- und Schmalwänden und mit zwischen den Breitwänden liegenden, Abstände bildenden Organen, wobei der Stapel von wenigstens zwei Gehäuseteilen eingefasst ist und wobei an einem Bauteil angeordnete Vorsprünge in die Enden der Flachrohre hineingreifen und innen an den Schmalwänden anliegen.
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Die vorstehend skizzierte Gestaltung von Wärmetauschern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aus der
DE 10 2006 058 096 A1 und – in einer verbesserten Version – aus der Patentanmeldung
DE 10 2009 015 467 A1 bekannt. In diesen Referenzen werden teilweise recht vorteilhafte Konstruktionsprinzipien beschrieben, die zu Wärmetauschern führen, die beispielsweise als mit einer Flüssigkeit gekühlte Ladeluft- oder Abgaskühler eingesetzt werden können, die aber, allgemeiner gesagt, besonders zum Wärmeaustausch zwischen Gasen und Flüssigkeiten geeignet sind, ohne jedoch andere Anwendungen auszuschließen. Ihre Herstellbarkeit ist, insbesondere bezüglich des Lötens, in der Praxis auf Probleme gestoßen.
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Aus dem
EP 0 704 661 A1 ist ein Wärmetauscher bekannt, der in einem seiner Sammelkästen auf der Mittellängsachse eine Trennwand aufweist. Die Trennwand besitzt eine Reihe von Vorsprüngen, die im montierten Zustand außen an den Breitwänden der Flachrohre im Bereich von deren Enden anliegen.
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Aus der
DE 10 2004 033 784 A1 ist ein Wärmetauscher bekannt, der einen Spannrahmen aufweist. Der Spannrahmen besitzt Vorsprünge als Stabilisierungselemente. Die Stabilisierungselemente sitzen in Aussparungen der Längswände von Sammelkästen.
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Aus dem
EP 1 764 570 A1 ist schließlich ein Wärmetauscher bekannt, der separate längliche Bauteile mit Vorsprüngen aufweist. Die Vorsprünge sitzen in den Enden der Flachrohre. Dieser Wärmetauscher besitzt kein Gehäuse, sondern er wird auf der Außenseite von Kühlluft frei durchströmt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das in der Einleitung vorgestellte Konzept zu verbessern. Als erzielbarer Vorteil kann beispielsweise eine noch leichtere Zugänglichkeit zu den Löt- oder Schweißnähten angeführt werden, die eine Nacharbeit von fehlerhaft gelöteten Wärmetauschern zulässt und somit die Ausschussrate senkt.
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Die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich mit einem Wärmetauscher, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
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Es wird vorgeschlagen, in wenigstens einem Gehäuseteil eine Reihe von Öffnungen anzuordnen, von denen wenigstens einige im Bereich der Enden der Flachrohre mit deren Schmalwänden korrespondieren, wobei die Vorsprünge durch die Öffnungen hindurch und dann, wie bekannt, in die Enden der Flachrohre greifen. Im besonders bevorzugten Fall stimmt die Anzahl der Öffnungen mit der Anzahl der Flachrohre überein, sodass sämtliche Öffnungen, wie beschrieben, mit den Schmalwänden der Flachrohre korrespondieren. Dabei ist „korrespondieren” im Sinne von „kooperieren” zu verstehen, nämlich derart, dass die Öffnungen die Zugänglichkeit von außen zu den Schmalwänden der Flachrohre im Bereich von deren Enden gestatten, wo erfahrungsgemäß die häufigsten Löt-Fehlstellen (Undichtigkeiten) auftreten. Die erwähnten Bereiche sind durch die Erfindung einerseits deutlich verstärkt worden und andererseits können sie beispielsweise mit zusätzlichem Lot versehen und/oder anderweitig präpariert werden. In einem zweiten CAB-Lötgang oder gegebenenfalls auch durch eine Handtötung oder durch eine Schweißung kann die Undichtigkeit beseitigt werden. (CAB – Controlled Atmosphere Brazing)
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Eine „Reihe von Öffnungen” ist bevorzugt, wie gesagt, als eine der Anzahl der Flachrohre entsprechende Anzahl von Öffnungen bzw. von offenen Ausschnitten bzw. von Durchbrüchen durch das Gehäuseteil aufzufassen, die auf einer vorzugsweise etwa geraden Linie angeordnet sind und dazwischen liegende Stege aufweisen.
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Die Anzahl der aufgetretenen Löt-Fehlstellen bei den im Stand der Technik bezeichneten Wärmetauschern war vergleichsweise niedrig, jedoch traten etwa 70% der Lötfehler genau im angesprochenen Bereich auf.
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Im Vergleich zu der nicht vor-veröffentlichten Anmeldung werden durch diesen Vorschlag außerdem weniger Einzelteile zur Darstellung des Wärmetauschers benötigt. Im Vergleich zu dem genannten anderen Stand der Technik wird außerdem ein Wärmetauscher mit vereinfachter Herstellbarkeit bereitgestellt.
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Weil die wenigstens zwei Gehäuseteile gemäß einem weiterbildenden Merkmal einer ersten Version sowohl wenigstens einen Teil eines Sammelkastens für ein Fluid als auch wenigstens einen Teil eines anderen Sammelkastens für ein anderes Fluid umfassen, wobei sich die Öffnungsreihen zwischen den beiden erwähnten Teilen erstrecken, wird durch die Erfindung die Bereitstellung separater Sammelkästen vermieden. Das die Vorsprünge aufweisende Bauteil dieser ersten Variante kann zusätzlich zur Darstellung von Hilfsfunktionen, beispielsweise für Befestigungszwecke, ausgebaut werden.
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Eine alternative Version besitzt die Vorsprünge, wie an sich bekannt, an den Längswänden der Sammelkästen. Bei dieser Alternative sind die Öffnungen am Rand zweier Gehäuseteile ausgebildet, und sie sind bevorzugt als einseitig offene Ausschnitte gestaltet.
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Weitere Merkmale der Erfindung wurden in den abhängigen Patentansprüchen niedergelegt, die durch diesen Vermerk als an dieser Stelle offenbart gelten sollen. Ferner ergeben sich sämtliche Merkmale und deren Wirkungen aus der folgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele, die anhand der beiliegenden Zeichnungen vorgenommen wird.
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Die 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher in einer ersten Ausführungsform und in perspektivischer Ansicht. Die 1a und 1b zeigen vergrößerte Ausschnitte aus der 1.
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Die 2 zeigt einen der 1 ähnlichen Wärmetauscher in teilweiser Explosionsdarstellung.
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Die 3–5 zeigen Ausschnitte aus diesen Wärmetauschern in verschiedenen Darstellungen sowie weitere Einzelheiten.
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Die 6–11 zeigen verschiedene perspektivische Ansichten eines Wärmetauschers und einige seiner Einzelheiten gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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Es muss wahrscheinlich nicht betont werden, dass einige Explosionsdarstellungen keinen fertigen Wärmetauscher abbilden, sondern eher mögliche Fertigungsstadien oder dergleichen darstellen. Jedenfalls erleichtern diese Darstellungen das Verständnis des vorgeschlagenen Wärmetauschers.
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Der Wärmetauscher der gezeigten Ausführungsbeispiele besteht vollständig aus metallischen Bauteilen, die vorzugsweise aus Aluminium enthaltenden Blechen hergestellt werden. Edelstahlbleche können beispielsweise für Abgaswärmetauscher eingesetzt werden. Mit Blick auf den Verwendungszweck kann es sich dabei um Abgasrückführungswärmetauscher aber genauso gut auch um Abgasheizungen oder Abgasverdampfer handeln.
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Der Wärmetauscher enthält einen Stapel aus Flachrohren 1 mit Breit- und Schmalwänden 1a, 1b. Zwischen den Breitwänden 1a liegen Rippen 4 oder andere Abstände und Turbulenzen bildende Organe. In anderen, nicht gezeigten Ausführungen besitzen die Breitwände 1a an sich bekannte abstehende Noppen oder dergleichen Ausformungen zur Abstands- und Turbulenzbildung. Durch die Rippen 4 bzw. durch die Abstände kann ein beispielsweise flüssiges Kühlmittel strömen (Strichpfeile, 1). Durch die Flachrohre 1 kann eine andere Flüssigkeit oder auch ein Gas strömen, wie beispielsweise Ladeluft oder das erwähnte Abgas oder ein Gasgemisch, etc. (schraffierte Blockpfeile, 1).
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Der Stapel von Flachrohren 1 ist im ersten Ausführungsbeispiel von zwei Gehäuseteilen 2a, 2b eingefasst. In der Ausführung gemäß den 1–5 sind vier streifenartige Bauteile 30 des Wärmetauschers vorhanden, an denen in Abständen angeordnete Vorsprünge 3 ausgebildet sind. In den zwei Gehäuseteilen 2a, 2b sind jeweils zwei Reihen von Öffnungen 20 angeordnet, die im Bereich der Enden der Flachrohre 1 mit deren Schmalwänden 1b korrespondieren, wobei die Vorsprünge 3 durch die Öffnungen 20 hindurch und weiter in die Enden der Flachrohre 1 greifen.
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Es ist aus den Darstellungen (1a, 1b) auch ersichtlich, dass die Gehäuseteile 2a, 2b entlang der Öffnungsreihe, das heißt, etwa im Bereich von Stegen 21 zwischen den Öffnungen 20 oder unmittelbar daran anschließend, eine Abkantung, genauer gesagt, zwei parallel laufende Abkantungen, die eine Abstufung 22 bilden, aufweisen. Die Abstufung 22 kann auch dafür sorgen, dass zwischen den Schmalwänden 1b der Flachrohre 1 und dem Gehäuseteil 2 beispielsweise Kühlflüssigkeit strömen kann. Dadurch wird die nach außen abgestrahlte Wärme reduziert, was insbesondere im Fall eines Abgaswärmetauschers mit sehr hohen Abgastemperaturen von Vorteil ist. Die erwähnten streifenartigen Bauteile 30 liegen außen am Gehäuseteil 2 an und greifen mit ihren Vorsprüngen 3 durch die Öffnungen 20 hindurch in die Enden der Flachrohre 1 ein. In der Darstellung gemäß der 2 sind zwei in der Ansichtsseite vorhandene Bauteile 30 im montierten Zustand gezeichnet und die zwei in der Rückseite liegenden Bauteile 30 sind als Einzelteile abgebildet worden.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß den 1–5 besitzen die Öffnungen 20 einen umlaufenden bzw. einen geschlossenen Öffnungsrand 23. Es handelt sich also um in Reihen angeordnete Löcher in den zwei Gehäuseteilen 2a, 2b.
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Die zwei, jeweils einstückig ausgebildeten, Gehäuseteile 2a, 2b beinhalten wenigstens einen Teil B eines Sammelkastens 26 für ein Fluid, beispielsweise für Ladeluft, als auch wenigstens einen Teil A eines anderen Sammelkastens 25 für ein anderes Fluid, beispielsweise für eine Kühlflüssigkeit. Im gezeigten Fall sind an einem einzigen Gehäuseteil 2a auch zwei Sammelkästen 25 für das andere Fluid vorhanden. Deshalb sind die beiden Gehäuseteile 2a und 2b nicht identisch, was jedoch in einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel der Fall sein kann. Die insgesamt vier Öffnungsreihen erstrecken sich zwischen den beiden erwähnten Teilen A und B. Die beiden Gehäuseteile 2a, 2b werden später in zwei etwa mittig durch die Sammelkastenwände 26 für beispielsweise Ladeluft laufenden Nähten 27 verbunden.
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Im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß den 6–11 erstrecken sich die vier Öffnungsreihen an den Rändern von zwei Gehäuseteilen 2. Diese Gehäuseteile 2 umfassen hier, im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel, nur Teile der Sammelkästen 25 für beispielsweise Kühlflüssigkeit. Es kann sich, wie in den Figuren gezeigt wird, um zwei Sammelkästen 25 handeln, nämlich um den Eintrittskasten und um den Austrittskasten, die in einem einzigen Gehäuseteil 2 angeordnet sind. Das andere Gehäuseteil kann dann ohne Sammelkasten ausgebildet sein. In anderen, nicht gezeigten Ausführungen wurde der Eintrittskasten an einem Gehäuseteil 2 angeordnet und der Austrittskasten am anderen Gehäuseteil 2. Wie erwähnt, ist an zwei gegenüberliegenden Rändern der Gehäuseteile 2 jeweils eine Öffnungsreihe mit Stegen 21 zwischen den Öffnungen angeordnet. Die Öffnungen 20 dieses Ausführungsbeispiels besitzen lediglich einen teilweise umlaufenden Öffnungsrand 23, sodass sie als einseitig offene Ausschnitte 200 bezeichnet werden können. Auch in diesen Stegen 21 zwischen den Ausschnitten 200 ist die erwähnte Abstufung 22 vorhanden. (9 u. a.) Die Vorsprünge 3 befinden sich an den Längsrändern separater anderer Sammelkästen 26, wobei die Vorsprünge 3 durch die offenen Ausschnitte 200 hindurch in die Enden der Flachrohre 1 eingreifen.
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In einem nicht gezeigten weiteren Ausführungsbeispiel sind die offenen Ausschnitte 200 jedoch ebenfalls als Öffnungen 20, wie im ersten Ausführungsbeispiel, ausgeführt worden. Dabei läuft lediglich ein Randsteg an den erwähnten gegenüberliegenden Rändern der Gehäuseteile 2 entlang, wodurch aus den Ausschnitten Öffnungen 20 entstehen.
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An den Enden der Flachrohre 1 sind in beiden Ausführungen Rohrhalter 10 angeordnet, die vorzugsweise eine Krümmung aufweisen, die vorzugsweise leicht konvex ausgebildet ist. Die umgeformten Längsränder 11 des Rohrhalters 10 liegen innen am Gehäuseteil 2 an.
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Durch das beschriebene Eingreifen der Vorsprünge 3 durch die Öffnungen 20 oder durch die einseitig offenen Ausschnitte 200 hindurch und dann weiter in die Enden der Flachrohre 1 hinein wird der Wärmetauscher, beispielsweise für einen Lötprozess, unter Spannung gehalten. Der Aufwand für Löthilfsvorrichtungen kann deshalb gesenkt werden.
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Wie die Ausführungsbeispiele auch zeigen, sind weitere Gehäuseteile 2c, 2d vorhanden, die die Sammelkästen 25, 26 komplettieren bzw. den Wärmetauscher abschließen. In der Ausführung dieser weiteren Gehäuseteile 2c, 2d gibt es verschiedene andere nicht dargestellte Möglichkeiten. Es kann sich dabei auch lediglich um Verschlussbleche der Sammelkästen handeln.
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Der Öffnungsrand 23 der Öffnungen 20 bzw. der Rand der offenen Ausschnitte 200 ist mit den Schmalwänden 1b metallisch verbunden. Die Stege 21 liegen von außen am umgeformten Längsrand 11 der Rohrhalter 10 an, ohne diesen jedoch in der Höhe zu überschreiten, und sie sind daran ebenfalls verbunden. Die einzelnen Flachrohre 1 stehen mit ihren Schmalwänden 1b deutlich über beide Längsränder 11 der Rohrhalter 10 nach außen über (Überstände 12). Das Maß der Überstände 12 entspricht im ersten und im zweiten Ausführungsbeispiel etwa der Dicke der Vorsprünge 3 plus der Dicke der Gehäusewand 2 bzw. der Dicke der daraus geformten Stege 21. Im zweiten Ausführungsbeispiel könnte das Maß der Überstände 12 kleiner sein, nämlich es könnte der Dicke der Vorsprünge 3 entsprechen, die identisch sein kann mit der Dicke der Gehäusewand 2 bzw. mit der Dicke der Stege 21.
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Die vorzugsweise leicht konisch – jedenfalls passend – gestalteten Vorsprünge 3 stecken so tief in den Flachrohren 1, dass sie die feste Verbindung der Schmalwände 1b mit den erwähnten Öffnungsrändern 23 unterstützen können. Somit können auch relativ dünnwandige Flachrohre 1 zum Einsatz kommen.
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Wie vermutlich die 1a oder 4 oder auch der vergrößerte Ausschnitt aus der 6, der in 7 zu sehen ist, am deutlichsten zeigen, entspricht die Breite der Stege 21 den Abständen zwischen den Breitwänden 1a benachbarter Flachrohre 1, die wiederum den Abständen zwischen den Vorsprüngen 3 entsprechen, denn die Stege 21 sind im Bereich der Enden der Flachrohre 1 und im Bereich der Abstufung 22 auch abdichtend mit deren Breitwänden 1a verbunden. Auch diese Verbindungen werden durch die in den Flachrohrenden sitzenden Vorsprünge 3 unterstützt, denn sie befinden sich in deren Nähe.
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In den Flachrohren 1 können sich Turbulatoren 5 befinden, wie in einigen Darstellungen (3) erkennbar ist. Die erwähnten Rippen 4 zwischen den Flachrohren 1 sind zeichnerisch nicht genau dargestellt worden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Flachrohre
- 1a
- Breitwände
- 1b
- Schmalwände
- 2
- Gehäuseteile
- 2a
- Gehäuseteil
- 2b
- Gehäuseteil
- 2c
- Gehäuseteil
- 2d
- Gehäuseteil
- 3
- Vorsprünge
- 4
- Rippen
- 5
- Turbulatoren
- 10
- Rohrhalter
- 11
- Längsränder von 10
- 12
- Überstand
- 20
- Öffnungen
- 21
- Stege
- 22
- Abstufung
- 23
- Öffnungsränder
- 25
- Sammelkasten
- 26
- Sammelkasten
- 27
- Nähte
- 30
- Bauteil
- 200
- Ausschnitte
