DE102016003272B4

DE102016003272B4 - Verstärkungselement zur end/-stirnseitigen Rohrverstärkung in Wärmeübertragern und Montagewerkzeug hierfür

Info

Publication number: DE102016003272B4
Application number: DE102016003272.3A
Authority: DE
Inventors: Rainer Mangold; Florian Doerr
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2016-03-18
Filing date: 2016-03-18
Publication date: 2024-01-25
Anticipated expiration: 2036-03-19
Also published as: DE102016003272A1

Abstract

Verstärkungselement (100) zum endseitigen und stirnseitigen Verstärken eines Flachrohres (150) für einen Wärmeübertrager, umfassend:genau einen Verstärkungskörper (110); undeinen in Längsrichtung (175) des Verstärkungselementes (100) endständig an dem Verstärkungskörper (110) angeordneten Anschlag (120), der durch Umbiegen aus dem Material des Verstärkungskörpers (110) ausgebildet ist und sich in Einbaulage in Richtung der Stirnseite eines Endes des Flachrohres (150) erstreckt,wobei der Verstärkungskörper (110) in Einbaulage bis zum Anschlag (120) in das Flachrohr (150) eingesetzt und mit demselben stirnseitig verlötet ist, während der Anschlag (120) aus dem Flachrohr (150) herausragt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verstärkungselement zum endseitigen und stirnseitigen Verstärken eines Flachrohres, insbesondere eines Wärmeübertragers, mit genau einem Verstärkungskörper, der in Einbaulage vollständig in das Flachrohr eingesetzt ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Wärmeübertrager mit mehreren Flachrohren, bei dem zumindest ein Flachrohr zumindest ein Verstärkungselement aufweist und ein Montagewerkzeug zum Einsetzen von derartigen Verstärkungselementen in Flachrohre eines Wärmeübertragers.
Aus der US 7 426 955 B2 sind Verstärkungselemente für Flachrohre eines Wärmeübertragers bekannt, die zwei Verstärkungsschenkel aufweisen, die in Einbaulage an den Stirnseiten des gleichen Flachrohres endseitig eingesetzt sind. Dabei sind die beiden Verstärkungsschenkel über einen Steg verbunden, der sich im Bereich der Öffnung des Flachrohres über die gesamte Breite des Flachrohres erstreckt. Durch den Steg kann die Strömung des jeweiligen Fluides im Bereich der Öffnung des Flachrohres mit einem derartig eingesteckten Verstärkungselement ggf. nachteilig beeinflusst werden.
Aus der DE 10 2005 024 902 A1 sind Verstärkungselemente für Flachrohre eines Wärmetauschers bekannt, bei denen zumindest zwei Verstärkungskörper über einen Steg verbunden sind. Dabei werden die über einen Steg verbundenen Verstärkungskörper zur endseitigen und stirnseitigen Verstärkung jeweils einseitig in unterschiedliche Flachrohre eingesteckt. Zusätzlich ist es möglich, dass auf der gegenüberliegenden Seite des jeweiligen Flachrohres auch ein über einen Steg mit anderen Verstärkungskörpern verbundener Verstärkungskörper eingesteckt ist, um endseitig an zumindest einem Flachrohr eine symmetrische Verstärkung des jeweiligen Flachrohres zu erreichen.
DE 10 2006 057 314 A1 zeigt einen Wärmetauscher mit einer Vielzahl von Flachrohren, die endseitig in Öffnungen eines Sammlerbodens eingesteckt sind. Zur Verstärkung der Rohre and der Endseiten sind in die Flachrohre am Ende Rohrversteifer eingesteckt. Die Rohrversteifer weisen dabei zwei oder vier Verstärkungselemente auf, die jeweils stirnseitig in den Rohrenden angeordnet werden. Die jeweils zwei oder vier Verstärkungselemente sind durch ein Verbindungselement miteinander verbunden, das in der Mitte einen verformbaren Teil aufweist. Das Verbindungselement mit dem verformbaren Teil dient sowohl als Anschlag des Rohrversteifers an dem Rohrende als auch als Spannelement der Verstärkungselemente gegen die Innenseiten der stirnseitigen Rohrenden, um ein feste Lötverbindung sicherzustellen.
DE 44 46 503 C1 zeigt ein Handwerkzeug, das an einem Werkzeugkopf zwei Werkzeuge aufnehmen kann, die in einer linearen Bewegung aufeinander zu- oder voneinander wegbewegt werden können. Durch einen hydraulischen oder elektrischen Antrieb wird eine Zahnstange in Längsrichtung des Handwerkzeuges bewegt. Die Zahnstange treibt auf beiden Seiten jeweils ein Ritzel an, wobei jedes der zwei Ritzel wiederum jeweils eine Zahnleiste antreibt, die um 90 Grad zu der Zahnstange gedreht ist und mit einem der Werkzeuge verbunden ist. Die Längsbewegung des Antriebs wird durch die Zahnstange, die Ritzel und die Zahnleisten in eine Bewegung quer zu der Längsachse des Handwerkzeugs umgewandelt.
EP 1 561 524 A1 beschreibt eine Lehre zum Aufweiten von Endseiten von rechteckigen Rohren in Wärmeübertragern. Das rechteckige Rohr, dass in die Aufnahmeplatte des Endbehälters eingesteckt ist, wird mit der Lehre an den Stirnseiten aufgeweitet, um eine Presskraft gegen die Aufnahmeplatten zu erzeugen und eine gute Lötverbindung zwischen Aufnahmeplatte und Rohr zu ermöglichen. Um Schwachstellen durch Konturen mit kleinen Radien zu vermeiden, wird zudem der flache Querschnitt des rechteckigen Rohres an der Stirnseite in eine Halbkreisform mit einem größtmöglichen Radius umgeformt.
Derzeit besteht auch als Folge der steigenden Leistungsanforderungen an Wärmeübertragern ein zunehmender Bedarf an einer erhöhten Materialstabilität, vor allem der endseitigen Bereiche von Flachrohren, die beispielsweise am Ende von Rohrstapeln angeordnet sind oder im Bereich von Kalt-/Warmgrenzen des Wärmeübertragers oder die mittig im Rohrstapel, beispielsweise im Bereich des Einlasses eines Fluides, positioniert sind.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, für ein Verstärkungselement, für einen Wärmeübertrager mit einem derartigen Verstärkungselement und für ein Montagewerkzeug für ein derartiges Verstärkungselement eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch ein vereinfachtes und reproduzierbares Einführen des Verstärkungselementes in das jeweilige Flachrohr, sowie durch ein exaktes Positionieren des Verstärkungselementes in demselben auszeichnet, so dass eine hohe Qualität der Lötverbindung des Verstärkungselementes mit dem Flachrohr im endseitigen und stirnseitigen Bereich des Flachrohres sichergestellt werden kann.
In einem Aspekt der Erfindung wird ein Verstärkungselement zum einseitigen und stirnseitigen Verstärken eines Flachrohres für einen Wärmeübertrager vorgeschlagen, das genau einen Verstärkungskörper und einen in Längsrichtung des Verstärkungselementes endständig an dem Verstärkungskörper angeordneten und durch Umbiegen aus dem Material des Verstärkungskörpers ausgebildeten Anschlag aufweist. Dabei ist der Verstärkungskörper in Einbaulage bis zum Anschlag in das Flachrohr eingesetzt und mit demselben stirnseitig verlötet, während der Anschlag aus dem Flachrohr herausragen kann.
Vorteilhaft kann dabei ein konstruktiv äußerst einfaches und kostengünstig herzustellendes Verstärkungselement eingesetzt werden, dessen Montage zudem äußerst einfach durchzuführen ist und das mit hoher Reproduzierbarkeit und verlötungssicher in dem jeweiligen Flachrohr positioniert werden kann. Zudem, da jedes Verstärkungselement nur genau einen Verstärkungskörper aufweist und somit die Verstärkungskörper nicht untereinander verbunden sind, können gezielt diejenigen Flachrohre in einem Wärmetauscher je nach Bedarf einseitig oder zweiseitig verstärkt werden, bei denen ein häufiges Materialversagen auftritt. Demzufolge müssen weder beide Seiten des jeweiligen Flachrohres noch benachbarte Flachrohre einseitig zwingend mit einem Verstärkungselement versehen werden, sondern es ist möglich, das jeweilig betrachtete Flachrohr seitenunabhängig und unabhängig von der Verstärkung benachbarte Flachrohre wie benötigt und gewünscht mit einer Verstärkung auszustatten. Zudem bietet vorteilhaft ein einzelner Verstärkungskörper bzw. eine Verstärkungselement mit nur einem Verstärkungskörper den Vorteil der Toleranzunabhängigkeit bezüglich der verschiedenen Bauteile. So muss bei einem vereinzelten Verstärkungskörper weder beispielsweise die Breitenvariation der Flachrohre noch die Abstandsvariation der einzelnen Flachrohre zueinander berücksichtigt werden.
Dabei versteht man unter Einbaulage die Lage und Position der Bauteile zueinander, die in einem vormontierten Wärmeübertrager vor dem Verlöten und/oder in einem fertiggestellten Wärmeübertrager nach dem Verlöten aufzufinden ist.
Dabei versteht man unter dem Begriff Flachrohr ein Rohr, das eine um ein Vielfaches größere Breite als Höhe aufweist. Die Länge des Flachrohres erstreckt sich dabei von der einen Öffnung zur anderen Öffnung des Flachrohres. Derartige Flachrohre können in Wärmeübertragern üblicherweise in Rohrstapeln angeordnet sein, wobei in dem Rohrstapel die Flachrohre parallel zu ihrer Länge bzw. Längsrichtung und entlang ihrer Breite zueinander benachbart positioniert sind.
Die kurze bzw. kleine Höhe und die Länge der Flachrohre definieren die Stirnflächen bzw. Stirnseiten der Flachrohre, so dass aufgrund der Anordnung der Flachrohre im Rohrstapel die Stirnseiten bzw. Stirnflächen der Flachrohre die jeweiligen Stirnseiten des Rohrstapels bzw. des Wärmeübertragers aufspannen. Über die Stirnseiten des Wärmeübertragers strömt zumindest ein erstes Fluid in den Wärmeübertrager ein oder aus demselben aus, wobei das erste Fluid innerhalb des Wärmeübertragers mit zumindest einem zweiten Fluid im Wärmeaustausch steht. Nachstehend werden die Stirnseiten bzw. Stirnflächen der Flachrohre als Stirnseiten bezeichnet,
Demzufolge versteht man bezogen auf das jeweilig betrachtete Bauteil unter stirnseitig die Stirnseite des Flachrohres bzw. die Stirnseite des Wärmeübertragers oder eine Orientierung hin zur Stirnseite des Flachrohres bzw. eine Orientierung hin zur Stirnseite des Wärmeübertragers. Unter endseitig versteht man den Bereich nahe der jeweiligen Öffnung des Flachrohres. Bezogen auf das Flachrohr versteht man unter einseitig, dass bei einem Flachrohr bezogen auf eine Öffnung nur eine Stirnseite ggf. endseitig betroffen ist. Dabei versteht man unter stirnseitig bzw. Stirnseite bezogen auf das Verstärkungselement den Bereich oder die Seite des Verstärkungselementes, der mit der stirnseitigen Innenseite des Flachrohres in Einbaulage verlötet ist.
Dabei versteht man unter der Innenseite des Flachrohres diejenige Innenseite des Flachrohres, die im Wesentlichen stirnseitig bzw. im Bereich der Stirnseite endseitig angeordnet ist und/oder die Innenseite des Flachrohres, die mit dem Verstärkungskörper in Einbaulage verlötet ist.
Unter einem Verstärkungselement ist ein Bauteil zu verstehen, das endseitig und stirnseitig, sowie einseitig in ein Flachrohr eingesetzt wird, um dasselbe endseitig und stirnseitig, sowie einseitig zu verstärken, da sich nach dem Verlöten das Verstärkungselement bzw. dessen Verstärkungskörper mit dem Flachrohr im endseitigen und stirnseitigen Bereich verbunden hat. Bei Einsatz von mehreren Verstärkungselementen kann das Flachrohr natürlich auch beidseitig ggf. an beiden Öffnungen verstärkt werden.
Der Verstärkungskörper ist derjenige Bereich des Verstärkungselementes, der nach dem Einsetzen in das Flachrohr und ggf. Verlöten mit demselben innerhalb des Flachrohres angeordnet ist. Sämtliche aus dem Flachrohr herausragenden Abschnitte des Verstärkungselementes werden vom Begriff Verstärkungskörper nicht umfasst.
Unter einem Anschlag ist derjenige Teil des Verstärkungselementes zu verstehen, der endständig an dem Verstärkungskörper angeordnet ist und nach dem Verlöten des Verstärkungskörpers mit dem Flachrohr aus demselben herausragt. Die endständige Anordnung des Anschlages an dem Verstärkungskörper impliziert, dass nach dem Anschlag keine weiteren Abschnitte des Verstärkungselementes angeordnet sind, insbesondere keine weiteren Abschnitte, die eine weitere Funktionalität aufweisen. Demzufolge beruht die wesentliche Funktionalität des Anschlages darauf, das Einführen des Verstärkungselementes in das Flachrohr zu begrenzen und demzufolge die Einführtiefe des Verstärkungselementes in das Flachrohr zu definieren. Demzufolge ist auch der Begriff Anschlag und der damit einhergehende Begriff bzw. Abschnitt des Verstärkungselementes auf eben die Funktionalität eines Anschlages bezogen. Weitere Abschnitte, die in Längsrichtung nach der Funktionalität des Anschlags angeordnet sind, werden nur dann dem Bauteil Anschlag zugerechnet, wenn sie keine weitere wesentliche Funktionalität aufweisen. Jedoch kann der Anschlag so ausgestaltet sein, dass er eine weitere Funktionalität aufweist, wie beispielsweise eine unterstützende Funktion der Strömungsführung aufgrund seiner strömungsbegünstigten Ausgestaltung.
Dabei kann der Anschlag als Bördelung, als Bördelrand, als Abkantung, ggf. mit einem stirnseitigen Winkel von 80° bis 170°, insbesondere von 90° bis 160°, beispielsweise von 100° bis 150° und gegebenenfalls von 120° bis 150° ausgebildet sein.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verstärkungselement zum endseitigen und stirnseitigen Verstärken eines Flachrohres vorgeschlagen, das genau einen Verstärkungskörper mit einem sich in Längsrichtung des Verstärkungselementes erstreckenden und in Einbaulage stirnseitig orientierten Rücken umfasst. Dabei ist der Verstärkungskörper in Einbaulage vollständig in das Flachrohr eingesetzt und mit demselben stirnseitig verlötet, wobei der Rücken eine sich in Längsrichtung erstreckende Sicke aufweisen kann, deren Öffnung sich in Einbaulage zur Stirnseite orientiert.
Vorteilhaft kann durch die an dem Rücken ausgebildeten Sicke auch bei stirnseitig verschweißten Flachrohren erreicht werden, dass die Montage des Verstärkungselements äußerst einfach durchzuführen ist und dass dasselbe mit hoher Reproduzierbarkeit und verlötungssicher in dem jeweiligen Flachrohr positioniert werden kann, so dass der Rücken des Verstärkungselementes sich mit einer stirnseitigen Innenseite des Flachrohres verfahrenssicher verlöten lässt. Durch die Sicke kann verhindert werden, dass die Schweißnaht des Flachrohres an den Rücken anstößt und dadurch ein Kontakt zwischen Rücken und Innenseite des Flachrohrs zumindest abschnittsweise verschlechtert wird, wodurch wiederum die Qualität und Stabilität der Lotverbindung zwischen dem Verstärkungselement und der Innenseite des Flachrohres leiden kann. Demzufolge wird die Sicke derart am Rücken angeordnet, dass sich die Öffnung der Sicke zur Stirnseite orientiert, sodass sich in Einbaulage die Schweißnaht des Flachrohres innerhalb der Öffnung der Sicke positionieren kann. Somit kann durch die Sicke vermieden werden, dass die Schweißnaht des Flachrohres an den Rücken anstößt und verhindert, dass der Rücken sich an das Flachrohr stirnseitig wie gewünscht anlegt, so dass der Verstärkungskörper mit dem Flachrohr in ausreichend hoher Qualität und Stabilität verlötet.
Dabei versteht man unter dem Rücken einen Teil des Verstärkungskörpers, der im Wesentlichen stirnseitig am Verstärkungselement angeordnet ist und/oder der in Einbaulage mit der stirnseitigen Innenseite des Flachrohres verlötet ist.
Des Weiteren kann der Verstärkungskörper auch einen stirnseitig orientierten und sich in Längsrichtung erstreckenden Rücken aufweisen, wobei der Rücken eine sich in Längsrichtung erstreckende Sicke aufweisen kann, deren Öffnung sich in Einbaulage zur Stirnseite orientiert und einen durch Umbiegen aus dem Material des Verstärkungskörpers ausgebildeten endständigen Anschlag aufweisen, wobei der Anschlag in Einbaulage sich in Richtung der Stirnseite erstrecken kann.
Vorteilhaft kann durch eine derartige Ausgestaltung des Verstärkungselementes sowohl erreicht werden, dass durch den Anschlag die Einführtiefe des Verstärkungselementes in das Flachrohr begrenzt wird, als auch der störende Einfluss einer stirnseitigen Schweißnaht am Flachrohr vermieden werden, wie vorstehend beschrieben.
Weiterhin kann der Verstärkungskörper einen oder mehrere durch Umbiegen aus dem Material des Verstärkungskörpers ausgebildete, endständige Anschläge aufweisen, wobei zumindest ein Anschlag in Einbaulage sich in Richtung der breiten Seite bzw. Breite des Flachrohres erstreckt.
Vorteilhaft kann dadurch das Verstärkungselement auch dann mit zumindest einem Anschlag ausgestattet werden, wenn in Richtung der Stirnseite aufgrund von konstruktiven Gegebenheiten eine Erstreckung des Anschlages nicht möglich ist.
Des Weiteren kann der Verstärkungskörper einen in Längsrichtung endständigen Einführabschnitt aufweisen, der derartig ausgebildet ist, dass das Einführen des Verstärkungskörpers in das Flachrohr vereinfacht vorgenommen werden kann.
So kann der Einführabschnitt in Richtung der Breite des Flachrohres schräg bzw. spitz zulaufend ausgebildet sein, sodass der anfängliche Widerstand gegen das Einführen des Verstärkungskörpers in das Flachrohr geringer und/oder ansteigend ausgebildet ist. Dabei kann beispielsweise eine in das Flachrohr eingesetzte Einlage dem Einführen des Verstärkungskörpers in das Flachrohr entgegenwirken.
Dabei versteht man unter Einführabschnitt denjenigen Abschnitt des Verstärkungskörpers, der eine derartige in Richtung der Breite des Flachrohres schräge Ausbildung aufweist und/oder der während des Einführens in das mit einer Einlage ausgebildeten Flachrohr einen ansteigenden Widerstand gegen das Einführen aufweist.
Weiterhin kann der Einführabschnitt zumindest eine sich an den Rücken in Umlaufrichtung eines Einführabschnitt-Querschnittprofils anschließende Rampe aufweisen.
Vorteilhaft kann durch die Rampe, deren Höhe in Einbaulage in Richtung der Breite des Flachrohres von der Spitze des Einführabschnittes ansteigend ausgebildet ist, eine derart schräge Ausbildung des Einführabschnittes ausbildet werden, dass der Einführabschnitt von der Spitze her einfacher in das Flachrohr, insbesondere bei einem in dem Flachrohr eingesetzten bzw. angeordneten Einsatz, eingeschoben werden kann.
Dabei versteht man unter dem Einführabschnitt-Querschnittprofil das Querschnittprofil des Einführabschnittes, das sich quer zur Längsrichtung ergibt. Unter Umlaufrichtung ist demzufolge die Richtung zu verstehen, die sich ergibt, wenn man dem jeweiligen Querschnittprofil von einem Ende zum anderen Ende folgt. Dabei ist es auch denkbar, dass an dem Einführabschnitt zwei unterschiedlich verlaufende und/oder unterschiedlich ausgebildete Rampen oder zwei symmetrisch verlaufende und/oder symmetrisch ausgebildete Rampen ausgebildet sind.
Des Weiteren kann der Verstärkungskörper in Längsrichtung nach dem Einführabschnitt und/oder vor dem Anschlag einen Fixierabschnitt aufweisen, mittels dem der Verstärkungskörper nach dem Einführen in das Flachrohr in demselben fixiert werden kann.
Vorteilhaft kann mittels dieses Fixierabschnittes der Verstärkungskörper in Richtung der Breite des Flachrohres stirnseitig an dem Flachrohr positioniert und fixiert werden, sodass bei der nachfolgenden Verlötung die Verbindung von Verstärkungselement und Flachrohr sichergestellt werden kann. Dies gelingt vor allem dann, wenn in dem Flachrohr ein Einsatz angeordnet ist, an dem sich der Fixierabschnitt derart abstützen kann, dass in Wechselwirkung des Fixierabschnittes mit dem Einsatz der Verstärkungskörper stirnseitig an das Flachrohr angepresst wird.
Dabei versteht man unter Fixierabschnitt denjenigen Abschnitt des Verstärkungskörpers, mittels dem das Fixieren bzw. Anpressen des Verstärkungskörpers an der stirnseitigen Innenseite des Flachrohrs erreicht werden kann, ggf. in Zusammenwirken mit einem in dem Flachrohr angeordneten Einsatz.
Des Weiteren kann der Fixierabschnitt zumindest einen sich an den Rücken in Umlaufrichtung eines Fixierabschnitt-Querschnittprofils anschließenden Schenkel aufweisen.
Vorteilhaft kann durch eine Ausbildung eines Schenkels an dem Rücken derselbe stirnseitig an die Innenseite des Flachrohrs angepresst werden, wobei sich der Schenkel an beispielsweise dem Einsatz abstützt und durch Zusammenwirken des Schenkels mit dem Einsatz die Anpresskraft aufgebaut wird.
Dabei versteht man unter dem Fixierabschnitt-Querschnittprofil das Querschnittprofil des Fixierabschnittes, das sich quer zur Längsrichtung ergibt. Unter Umlaufrichtung ist demzufolge die Richtung zu verstehen, die sich ergibt, wenn man dem jeweiligen Querschnittprofil von einem Ende zum anderen Ende folgt. Dabei ist es auch denkbar, dass an dem Fixierabschnitt zwei unterschiedlich verlaufende und/oder unterschiedlich ausgebildete Schenkel oder zwei symmetrisch verlaufende und/oder symmetrisch ausgebildete Schenkel ausgebildet sind.
Weiterhin kann der Verstärkungskörper zumindest einen lotplattierten Abschnitt aufweisen.
Vorteilhaft kann mittels eines derartigen lotplattierten Abschnittes der Verstärkungskörper mit einem weiteren Bauteil ohne Einsatz von Lotfolien oder Lotpasten verlötet werden. So kann bevorzugt der Rücken bzw. der stirnseitig orientierte Bereich des Verstärkungskörpers lotplattiert ausgebildet sein, sodass eine ausreichende Menge an Lot vorhanden ist, um den Verstärkungskörper mit der Innenseite des Flachrohrs zu verlöten.
Weiterhin können das Fixierabschnitt-Querschnittprofil und/oder das Einführabschnitt-Querschnittprofil U-förmig, rechteckig mit abgerundeten Ecken, halbrund, halboval oder dergleichen ausgebildet sein. Vorteilhaft kann durch eine derartige Ausbildung des Querschnittprofils das Verstärkungselement bzw. der Verstärkungskörper derartig ausgebildet werden, dass mit ausreichend hoher Sicherheit der Verstärkungskörper mit dem Flachrohr verlötet werden kann.
Dabei bildet im Falle eines U-förmigen Querschnittprofils der gewölbte Teil des Querschnittprofils den Rücken aus, während die beiden Schenkel des Verstärkungskörpers bzw. die beiden Rampen durch die beiden Schenkel des U ausgebildet werden. Im Falle eines rechteckigen Profiles, das als halboffenes Rechteck ausgebildet ist, wird der Rücken im Wesentlichen durch die mittlere Seite des halboffenen Rechteckes ausgebildet, während die beiden sich daran anschließenden Seiten des halboffenen Rechteckes die Schenkel ausbilden. Bei einer halbrunden bzw. halbovalen Ausbildung des Querschnittprofiles kann die Abgrenzung zwischen Schenkel bzw. Rampe und Rücken des Verstärkungskörpers fließend sein.
Des Weiteren können das in Einbaulage zum Flachrohr orientierte Fixierabschnitt-Querschnittprofil und/oder das in Einbaulage zum Flachrohr orientierte Einführabschnitt-Querschnittprofil komplementär zu einer Innenseite des Flachrohres ausgebildet sein. Vorteilhaft kann durch eine derartige komplementäre Ausbildung des jeweiligen Querschnittprofiles zur Innenseite des Flachrohres eine ausreichend guter Kontakt des Verstärkungskörpers mit der Innenseite des Flachrohres sichergestellt werden, so dass eine ausreichend hohe Qualität und Stabilität der Verlötung des Verstärkungselementes mit dem Flachrohr erreicht werden kann.
Dabei können das in Einbaulage zum Flachrohr orientierte Fixierabschnitt-Querschnittprofil und/oder das in Einbaulage zum Flachrohr orientierte Einführabschnitt-Querschnittprofil größer dimensioniert sein, als die Innenseite des Flachrohres. Aufgrund einer derartigen Größer- Dimensionierung kann erreicht werden, dass der Verstärkungskörper gegen einen vorbestimmten Widerstand in das Flachrohr eingeführt wird und nach dem Einführen fest sitzend in dem Flachrohr positioniert ist. Dadurch kann ein ausreichend guter Kontakt zwischen dem Verstärkungskörper und der Innenseite des Flachrohres erreicht werden, sodass Lötfehler bzw. Lötmängel weitestgehend vermieden werden können.
Weiterhin kann der Fixierabschnitt zwei Schenkel aufweisen, deren Umlaufrichtung des Fixierabschnitt-Querschnittprofils endständiger Abschnitt größer ist, als eine innenseitige Innenhöhe des Flachrohres.
Vorteilhaft kann aufgrund der bevorzugt gering dimensionierten Größenunterschiede ein Anpressen des Verstärkungskörpers an die Innenseite des Flachrohres aufgrund der größeren Spreizung der Schenkel erreicht werden, was wiederum zu einer Verstärkung des Kontaktes des Verstärkungskörpers mit der Innenseite des Flachrohres führt, wodurch infolgedessen die Verlötung bezüglich des Verstärkungskörpers mit dem Flachrohr verbessert werden kann.
Dabei versteht man unter dem endständigen Abstand der beiden Schenkel denjenigen Abstand der beiden Punkte des Fixierabschnitt-Querschnittprofils, die in Umlaufrichtung des Fixierabschnitt-Querschnittprofils jeweils endständig angeordnet sind. Unter der innenseitigen Innenhöhe des Flachrohres versteht man den Abstand der Innenseite der beiden breiten Seiten des Flachrohres zueinander.
in einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Wärmeübertrager mit mehreren Flachrohren vorgeschlagen, bei dem zumindest ein Flachrohr zumindest ein Verstärkungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist. Vorteilhaft können mittels eines derartigen Verstärkungselementes die vorstehend genannten Vorteile erreicht werden.
Des Weiteren kann der Wärmeübertrager bei zumindest einem Flachrohr an einer Öffnung zwei Verstärkungselemente aufweisen.
Vorteilhaft kann durch die Verwendung von zwei jeweils an einer Stirnseite angeordneten Verstärkungselementen an einer Öffnung eine endständige und stirnseitig symmetrische Verstärkung des Flachrohres erreicht werden. Dabei ist es auch denkbar, dass an beiden Öffnungen eines Flachrohres jeweils zwei an den Stirnseiten gegenüberliegende Verstärkungselemente je Öffnung angeordnet sind.
Des Weiteren kann in Einbaulage zumindest ein Schenkel des Fixierabschnittes einen im Flachrohr angeordneten Inneneinsatz berühren.
Durch die Berührung des zumindest einen Schenkels mit dem Inneneinsatz kann der Verstärkungskörper durch Abstützung an dem Inneneinsatz im Zusammenwirken mit demselben stirnseitig an die Innenseite des Flachrohres angepresst werden, sodass durch den ausreichend guten Kontakt zwischen Verstärkungskörper und Innenseite des Flachrohres eine ausreichend hohe Qualität der Verlötung zwischen dem Verstärkungskörper und dem Flachrohr sichergestellt werden kann.
Dabei ist es auch denkbar, dass zwei Schenkel des Fixierabschnittes sich an dem Inneneinsatz abstützen und demzufolge denselben berühren, wobei die Schenkel bezogen auf den Rücken des Verstärkungskörpers symmetrisch oder unsymmetrisch ausgestaltet sein können, sodass die Schenkel eine gleiche oder eine unterschiedliche Erstreckung in Richtung der Breite des Flachrohres aufweisen.
Des Weiteren kann ein hinsichtlich eines Rohrstapels des Wärmeübertragers endständiges Flachrohr zumindest an einer Öffnung ein oder zwei Verstärkungselemente aufweisen.
Vorteilhaft kann dadurch der Bereich des Wärmeübertragers verstärkt werden, der beispielsweise hinsichtlich der Temperaturwechsel die stärksten Verformungen in Richtung des Rohrstapels aushalten muss. Da jedes Rohr aufgrund der Temperaturschwankungen einer Längenänderung unterworfen ist, summieren sich diese Längenänderungen über den Rohrstapel hinweg auf, sodass die endständigen Flachrohre des jeweiligen Rohrstapels die stärksten Deformationen bzw. Deformationswechsel aushalten müssen. Demzufolge kann durch eine endständige, stirnseitige Verstärkung dieser Flachrohre einem Materialversagen oder einer Leckage des Wärmeübertragers entgegengewirkt werden.
Dabei versteht man unter endständigen Flachrohren diejenigen Flachrohre, die im Rohrstapel jeweils am Rand des Rohrstapels angeordnet sind, wobei vorteilhaft jeweils das letzte Rohr, die letzten beiden Rohre, die letzten drei Rohre oder die letzten vier Rohre, oder die letzten fünf Rohre verstärkt ausgebildet sind.
Weiterhin kann ein zu einer Kalt-/Warmgrenze benachbartes Flachrohr zumindest an einer Öffnung ein oder zwei Verstärkungselemente aufweisen.
Vorteilhaft können demzufolge bevorzugt an einer derartigen Kalt-/Warmgrenze benachbarte Flachrohre, die aufgrund der Temperaturunterschiede eine deutlich unterschiedliche Wärmeausdehnung aufweisen, derart verstärkt werden, dass die aufgrund der hohen Temperaturunterschiede auftretende unterschiedliche Wärmeausdehnungen zu einem geringeren Materialversagen führen.
Dabei versteht man unter einer Kalt-/Warmgrenze denjenigen Bereich eines Wärmetauschers, bei dem benachbarte Fluidkanäle des gleichen Fluides eine deutlich unterschiedliche Temperatur aufweisen. Dies ist beispielsweise bei Wärmetauschern der Fall, die in einem U-Turn-Betrieb betrieben werden. Derartige Wärmetauscher zeichnen sich durch eine Kalt-/Warmgrenze aus, wobei die zur Kalt-/Warmgrenze unmittelbar benachbarten Fluidkanäle ein deutlich unterschiedliches Temperaturniveau aufweisen.
Weiterhin kann ein hinsichtlich des Rohrstapels mittig angeordnetes Flachrohr zumindest an einer Öffnung ein oder zwei Verstärkungselemente aufweisen.
Vorteilhaft kann dadurch der Bereich des Wärmetauschers hinsichtlich der Flachrohre verstärkt werden, der einem besonders hohen Temperaturwechsel ausgesetzt ist. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn hinsichtlich des Wärmeübertragers bzw. des Rohrbündels mittig das Fluid eingeleitet wird, das mittels des Wärmeübertragers gekühlt werden soll. in diesem Fall sind aufgrund des mittigen Eintritts des zu kühlenden Fluides insbesondere die mittig angeordneten Flachrohre über die Laufzeit des Wärmetauschers einem erhöhten Bewegungsstress bzw. Temperaturwechselstress ausgesetzt, sodass durch eine Verstärkung der mittigen Flachrohre ein Materialversagen des Wärmetauschers verhindert bzw. hinausgezögert werden kann.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Montagewerkzeug zum Einsetzen von Verstärkungselementen in Flachrohren eines Wärmeübertragers, insbesondere wie zuvor beschrieben, vorgeschlagen, wobei das Montagewerkzeug ein Gehäuse, zwei bewegliche Einschubbacken, mittels derer die Verstärkungselemente in das Flachrohr eingeführt werden, eine im Gehäuse angeordnete Bewegungssteuerung, mittels der die Bewegung der Einschubbacken relativ zum Gehäuse während des Einführens der Verstärkungselemente gesteuert wird und eine Werkzeughalterung, mit der das Montagewerkzeug während des Einführens des Verstärkungselementes in Position gehalten wird, umfasst.
Vorteilhaft kann durch ein derartiges Montagewerkzeug das Einführen der Verstärkungselemente in die Flachrohre so durchgeführt werden, dass ein ausreichend hoher Kontakt des Verstärkungskörpers mit der Innenseite des Flachrohres auch nach dem Einführen sichergestellt werden kann. Dadurch kann eine hohe Qualität und Stabilität der Lötverbindung der Verstärkungselemente mit dem Flachrohr erreicht werden. Dabei unterstützt das Montagewerkzeug auch das gleichzeitige, konzertierte Einführen von zwei Verstärkungselementen in eine Öffnung des Flachrohres und dies auch bei Vorhandensein eines Inneneinsatzes, sodass vorteilhaft der Inneneinsatz nur soweit verdrängt bzw. deformiert wird, dass auch nach dem Einführen der Verstärkungskörper durch den Inneneinsatz an die Innenseite des Flachrohres angepresst wird. Dadurch kann unter anderem für den Lötprozess ein ausreichend guter Kontakt zwischen dem Verstärkungskörper und der Innenseite des Flachrohres hergestellt werden.
Dabei versteht man unter Einschubbacken längliche Dorne, die während des Einführens der Verstärkungselemente in die Flachrohre von den Verstärkungselementen umgeben werden, sodass zum einen die Verstärkungselemente sich an den Einschubbacken abstützen können und zum anderen von denselben an die Innenseite des Flachrohres angelegt und/oder angepresst werden. Dabei sind die Einschubbacken beweglich ausgebildet, sodass die Einschubbacken eine Bewegung relativ zum Gehäuse in zumindest einer Richtung ausführen können.
Die jeweilige Bewegung der Einschubbacken wird dabei durch eine mechanische Bewegungssteuerung in der gewünschten Art und Weise begrenzt bzw. geleitet. Dabei versteht man unter einer mechanischen Bewegungssteuerung eine Art Kinematik, die die Bewegung der jeweiligen Einschubbacke hinsichtlich der Geschwindigkeit und/oder hinsichtlich des Widerstandes gegen die jeweilige Bewegung der Einschubbacke und/oder hinsichtlich der relativen Bewegung zum Gehäuse steuert und vorbestimmt. Dabei können mittels der mechanischen Bewegungssteuerung die Einschubbacken unabhängig voneinander und/oder konzertiert zueinander gesteuert werden.
Unter einer Werkzeughalterung ist ein Bauelement des Montagewerkzeugs zu verstehen, mit dem das Montagewerkzeug relativ zum jeweiligen Flachrohr in Position gehalten werden kann bzw. mit dem das Montagewerkzeug in der gewünschten Art und Weise relativ zum jeweiligen Flachrohr bewegt werden kann. Dabei kann die Werkzeughalterung als Griff für ein manuelles Einführen der Verstärkungselemente in das Flachrohr ausgebildet sein oder als Anbindungskonsole, mittels der das Montagewerkzeug an eine Führungsvorrichtung, wie beispielsweise ein Führungsschlitten, angebunden werden kann, sodass mittels der Führungsvorrichtung die Bewegung relativ zum Flachrohr des Montagewerkzeugs kontrolliert werden kann.
Des Weiteren kann eine Positioniervorrichtung vorgesehen sein, mit der die Anfangsposition der beweglichen Einschubbacken, also die anfängliche Position relativ zum Gehäuse festgelegt werden kann.
Vorteilhaft kann durch eine derartige Positioniervorrichtung die Anfangsposition der beweglichen Einschubbacken derart ausgestaltet werden, dass das Montagewerkzeug einfach in die, beispielsweise in den Flachrohre vormontierten, Verstärkungselemente eingeführt werden kann, ohne dass die in den Flachrohren vormontierten Verstärkungselemente wesentlich verschoben oder verkantet werden. Zudem kann die Anfangsposition derart gewählt werden, dass ein etwaig im Flachrohr angeordneter Insert nicht so stark durch die Einschubbacken deformiert wird, dass sich nach dem Einführen der Verstärkungskörper nicht mehr am Insert abstützen kann.
Dabei ist es denkbar, dass die Anfangsposition der Einschubbacken relativ zum Gehäuse unterschiedlich oder gleich ausgebildet ist.
Weiterhin kann die mechanische Bewegungssteuerung eine Bewegung der Einschubbacken relativ zum Gehäuse in Einschubrichtung steuern.
Vorteilhaft kann durch eine gesteuerte Beweglichkeit der Einschubbacken in Einschubrichtung, beispielsweise unterstützt durch eine Feder, die Einschubkraft auf den jeweilig auftretenden Einschubwiderstand automatisch durch das Montagewerkzeug abgestimmt werden, sodass beispielsweise ein weicher Einschubstart durchgeführt werden kann.
Dabei versteht man unter Einschubrichtung diejenige Richtung, in der die Verstärkungselemente in das Flachrohr eingeschoben werden. Üblicherweise entspricht die Einschubrichtung der Längsrichtung der Verstärkungselemente.
Weiterhin kann die mechanische Bewegungssteuerung eine Bewegung der Einschubbacken relativ zum Gehäuse in Spreizrichtung steuern.
Vorteilhaft kann durch eine derartig gesteuerte Bewegung der Einschubbacken in Spreizrichtung im Verlaufe des Einschiebens der Verstärkungselemente in das Flachrohr die Einschubbacken gespreizt werden und demzufolge bei fortschreitendem Einschieben der Verstärkungselemente in das Flachrohr die Verstärkungselemente verstärkt an die Innenseite des Flachrohres angepresst werden. Zudem kann durch die Spreizung verhindert werden, dass ein etwaig im Flachrohr angeordneter Einsatz zu stark durch die Einschubbacken deformiert wird, da die Einschubbacken während des Einführens gespreizt werden und demzufolge dem Einsatz zumindest teilweise ausweichen.
Zusätzlich oder alternativ kann nach dem Einführen der Verstärkungselemente in das Flachrohr während des Herausziehens des Montagewerkzeugs aus dem Flachrohr die mechanische Bewegungssteuerung derart ausgebildet sein, dass die Spreizung der Einschubbacken verringert wird, sodass das Montagewerkzeug einfach aus dem Flachrohr ausgeführt werden kann und ohne dass die Verstärkungselemente aufgrund der Reibung zwischen den Einschubbacken und dem Verstärkungskörper zumindest teilweise mit hinausgezogen werden.
Dabei versteht man unter Spreizrichtung die Richtung, in der die beiden Einschubbacken abfolgend angeordnet sind.
Des Weiteren ist es auch denkbar, dass die mechanische Bewegungssteuerung sowohl eine Bewegung der jeweiligen Einschubbacke relativ zum Gehäuse sowohl in Einschubrichtung als auch in Spreizrichtung parallel ausführt, wobei beim Einführen sich die jeweilige Einschubbacke entgegen der Einschubrichtung und aufspreizend bewegt, während sich bei der Entnahme des Montagewerkzeuges die Einschubbacke, ggf. aufgrund einer vorhandenen Federkraft, in Einschubrichtung und entspreizend bewegt.
Dabei kann die kleinste Spreizung beispielsweise mittels der Positioniervorrichtung festgelegt werden, sodass bei der Entnahme des Montagewerkzeuges durch die Einschubbacken bzw. aufgrund der Spreizweite zwischen den Einschubbacken nicht versehentlich der in den Flachrohren angeordnete Inneneinsatz in ungewünschter Art und Weise deformiert wird. Dabei kann die kleinste Spreizung der Anfangsposition entsprechen.
Des Weiteren können die Einschubbacken in Einschubrichtung eine abnehmende Querschnittfläche aufweisen.
Vorteilhaft können durch eine abnehmende Querschnittfläche die Einschubbacken so ausgebildet werden, dass sie von dem Verstärkungskörper während des Einführens in das Flachrohr und während des Herausziehens aus dem Flachrohr derart umgeben werden, dass lediglich der Verstärkungskörper mit der Innenseite des Flachrohres und mit dem Inneneinsatz Kontakt bekommt. Dadurch kann vorteilhaft eine ungewollte Verformung des Inneneinsatzes oder des Flachrohres durch die Einschubbacken verhindert bzw. verringert werden.
Des Weiteren können die Einschubbacken so dimensioniert sein, dass sie während des Einführens innerhalb des Einführabschnitt-Querschnittprofils und/oder des Fixierabschnitt-Querschnittprofils angeordnet sind, wobei zumindest ein Schenkel des Verstärkungselementes zumindest abschnittsweise über die Einschubbacken hinausragen kann.
Vorteilhaft kann durch eine derartige Anordnung der Einschubbacken während des Einfügens innerhalb des jeweiligen Querschnittprofils ein ungewollter Kontakt mit dem Inneneinsatz und/oder mit der Innenseite des Flachrohres vermieden werden, sodass eine Deformierung sowohl des Inneneinsatzes als auch der Innenseite des Flachrohres durch die Einschubbacken verhindert bzw. verringert werden kann. Zudem kann durch die geringere Dimensionierung der Einschubbacken im Zusammenwirken mit der durch die mechanische Bewegungssteuerung vorbestimmten Bewegung der Einschubbacken in Einschubrichtung und/oder Spreizrichtung ein gewünschtes Einführen der Verstärkungselemente mit gutem Kontakt zur Innenseite des Flachrohres und mit einer geringen Deformierung des Inneneinsatzes durch die Einschubbacken erreicht werden. Während des Herausziehens des Montagewerkzeuges aus den Flachrohren kann durch die geringere Dimensionierung der Einschubbacken im Zusammenwirken mit der durch die mechanische Bewegungssteuerung vorbestimmten Bewegung der Einschubbacken in Einschubrichtung und/oder Spreizrichtung ein versehentliches Verschieben und/oder zumindest teilweises Herausziehen der Verstärkungselemente und/oder ein unerwünschtes Deformieren des Inneneinsatzes durch die Einschubbacken verringert bzw. vermieden werden.
Es zeigen, jeweils schematisch:

1 ein Verstärkungselement,
2 einen Querschnitt durch ein Flachrohr mit einem eingesetzten Verstärkungselement,
3 eine Aufsicht auf in einen Rohrboden eingesteckte Flachrohre, die teilweise mit Verstärkungselementen ausgestattet sind,
4 einen Querschnitt durch ein Montagewerkzeug,
5 ein Montagewerkzeug in Anfangsposition,
6 ein Montagewerkzeug in Endposition.

Ein Verstärkungselement 100, wie in 1 gezeigt, weist einen Verstärkungskörper 110 und einen Anschlag 120 auf. Der Verstärkungskörper 110 kann in einen Fixierabschnitt 130 und in einen Einführabschnitt 140 unterteilt werden. Dabei dient der Einführabschnitt 140 dem erleichterten Einführen des Verstärkungselementes 100 in ein Flachrohr 150, wie beispielsweise in 2 oder 3 gezeigt. Der Fixierabschnitt 130 ist derartig ausgestaltet, dass im Zusammenwirken mit einem Inneneinsatz 160, wie in 3 gezeigt, das Verstärkungselement 100 an eine Innenseite 170 des Flachrohres 150 angelegt werden kann und an die Innenseite 170 ggf. im Zusammenwirken mit dem Inneneinsatz 160 in Einbaulage angepresst bzw. angedrückt wird. Dadurch kann eine ausreichend stabile Lötverbindung zwischen dem Verstärkungskörper 110 und der Innenseite 170 des Flachrohres 150 sichergestellt werden.
Das Verstärkungselement 100 kann, wie in 1 gezeigt, in seiner Längsrichtung 175 in den Verstärkungskörper 110 und den Anschlag 120 unterteilt werden, wobei der Anschlag 120 in Längsrichtung 175 endständig am Verstärkungselement 100 bzw. endständig am Verstärkungskörper 110 angeordnet ist. Der Verstärkungskörper 110 kann wiederum in Längsrichtung 175 in den Fixierabschnitt 130 und den Einführabschnitt 140 unterteilt werden, wobei der Fixierabschnitt 130 zwischen Anschlag 120 und Einführabschnitt 140 angeordnet ist.
In Umlaufrichtung 180 eines Fixierabschnitt-Querschnittprofils 190, wie in 1A gezeigt, oder eines Einführabschnitt-Querschnittprofils 200, wie in 1B gezeigt, kann der Verstärkungskörper 110 zumindest einen Rücken 210 aufweisen. Dieser Rücken 210 verlötet jeweils mit einer Stirnseite 220 des jeweiligen Flachrohres 150 bzw. mit der stirnseitigen Innenseite 170 des jeweiligen Flachrohres 150, wie in 2 oder 3 dargestellt, und dies endseitig im Bereich der Öffnung 230 des jeweiligen Flachrohres 150. Demzufolge wird das Verstärkungselement 100 zum endseitigen und stirnseitigen Verstärken des jeweiligen Flachrohres 150 eingesetzt, wobei je Flachrohr 150 und Öffnung 230 einseitig ein Verstärkungselement 100 oder beidseitig zwei Verstärkungselemente 100, wie in 3 gezeigt, eingesetzt sein können.
Die Seite des Verstärkungselementes 100, die mit der Innenseite 170 des Flachrohres 150 in Einbaulage verlötet wird, kann lotplattiert ausgebildet sein. Demzufolge kann zumindest der Rücken 210 lotplattiert bzw. als lotplattierter Abschnitt 235 ausgebildet sein.
Der Einführabschnitt 140 kann in Umlaufrichtung 180, wie in 1B dargestellt, eine oder zwei Rampen 240, 240' aufweisen, die sich in Umlaufrichtung 180 einseitig oder beidseitig an den Rücken 210 anschließen, wobei die Rampen 240, 240' in Längsrichtung 175 des Verstärkungselementes 100 zum Fixierabschnitt 130 hin ansteigend ausgebildet sind, um ein Einführen des Verstärkungselementes 100 in das Flachrohr 150 zu erleichtern. Dabei können die Rampen 240,240' unsymmetrisch zueinander ausgebildet sein.
Wie in 1A gezeigt, kann der Fixierabschnitt 130 in Umlaufrichtung 180, wie in 1A gezeigt, eine oder zwei Schenkel 250, 250' aufweisen, die sich in Umlaufrichtung 180 einseitig oder beidseitig an den Rücken 210 anschließen, wobei die Schenkel 250, 250' in Richtung der Breite des Flachrohres 150 durchgehend eine gleiche Erstreckung aufweisen können. Die Schenkel 250, 250' können aber zueinander unterschiedlich ausgebildet sein. Mittels derartiger Schenkel 250, 250' kann sich der Verstärkungskörper 110 in Einbaulage an dem in dem Flachrohr 150 eingesetzten Inneneinsatz 160 abstützen und im Zusammenwirken mit diesem Inneneinsatz 160 an die Innenseite 170 des Flachrohres 150 angepresst werden, sodass eine ausreichend gute Lötverbindung zwischen dem Verstärkungskörper 110 bzw. dessen Rücken 210 und der Innenseite 170 des Flachrohres 150 ausgebildet werden kann.
An dem Rücken 210 kann, wie in den 1A, 1A dargestellt, eine Sicke 260 ausgebildet werden, deren Öffnung 270 in Einbaulage zur Stirnseite 220 des Flachrohres 150 orientiert ist. In der Öffnung 270 kann eine in den Fig. nicht dargestellte Schweißnaht des Flachrohres 150 aufgenommen werden, sodass der Kontakt des Verstärkungskörpers 110 im Bereich des Rückens 210 mit der Innenseite 170 des Flachrohres 150 nicht durch eine derartige Schweißnaht gestört und verringert wird. Dadurch kann vorteilhaft die Lötverbindung zwischen dem Verstärkungskörper 110 und dem Flachrohr 150 verbessert werden.
Es ist auch denkbar, dass das Fixierabschnitt-Querschnittprofil 190 und/oder das Einführabschnitt-Querschnittprofil 200 etwas größer dimensioniert sind, als eine Innenhöhe 273 des Flachrohres 150. Dadurch kann erreicht werden, dass der Kontakt zwischen dem Verstärkungskörper 110 und der Innenseite 170 des Flachrohres 150 ausreichend sichergestellt ist, sodass die Lötverbindung zwischen dem Verstärkungskörper 110 und dem Flachrohr 150 in ausreichender Qualität sichergestellt werden kann. Dies kann auch dadurch unterstützt werden, dass der endseitige Abstand 277 der beiden Schenkel 250,250' des Fixierabschnittes 130, wie beispielsweise in 1A gezeigt, größer dimensioniert ist, als die Innenhöhe 273 des Flachrohres 150, wie in 3 dargestellt. In diesem Fall führt die etwas größer dimensionierte Spreizung des Fixierabschnittes 130 hinsichtlich seiner Schenkel 250, 250' zu einem verbesserten Kontakt des Verstärkungskörpers 110 mit der Innenseite 170 des Flachrohres 150, sodass eine ausreichend hohe Qualität der Lötverbindung zwischen dem Verstärkungskörper 110 und dem Flachrohr 150 sichergestellt werden kann.
Der Anschlag 120 kann, wie in 1, 2, 3 gezeigt, als Umkantung, Bördelung oder dergleichen ausgebildet sein, wobei der Anschlag 120 aus dem Material des Verstärkungskörpers 110 durch Umbiegen oder Umkanten hergestellt werden kann. Dabei ist es denkbar, dass der Anschlag 120 in Richtung der Stirnseite 280 des Verstärkungskörpers 110 gebogen oder abgekantet ausgebildet ist. Dabei versteht man unter der Stirnseite 280 des Verstärkungskörpers 110 bzw. Verstärkungselements 100 diejenige Seite des Verstärkungselementes 100, die in Einbaulage in Richtung der Stirnseite 220 des Flachrohres 150 orientiert ist. Demzufolge ist in dem vorliegenden Beispiel die Stirnseite 280 des Verstärkungselementes 100 im Wesentlichen deckungsgleich mit dem Rücken 210. Der Anschlag 120 kann aber auch aus mehrehren Abschnitten bestehen, wobei sich zumindest ein Abschnitt in Einbaulage zur breiten Seite 245 des Flachrohres 150 hin erstreckt.
Wie in 2 dargestellt, können die Flachrohre 150 in Einbaulage als Rohrstapel 290 angeordnet sein, wobei die Flachrohre 150 beispielsweise in einen Rohrboden 300 eingesteckt sein können und demzufolge aufgrund der Versteckung mit dem Rohrboden 300 den Rohrstapel 290 aufbauen. In einigen der Flachrohren 150 kann ein Verstärkungselement 100 angeordnet sein, wobei in Einbaulage das Verstärkungselement 100 mit seinem Verstärkungskörper 110 in dem Flachrohr versenkt ist, während sich der Anschlag 120 aus der Öffnung 230 des Flachrohres 150, insbesondere in Richtung der Stirnseite 220 des Flachrohres 150, erstreckt.
Dabei kann der Rohrstapel, wie in 2, 3 gezeigt, als Wärmeübertragerkern verwendet werden, der zusammen mit anderen nicht gezeigten Bauteilen zu einem Wärmeübertrager 305 ausgebildet werden kann.
Wie in 3 dargestellt, kann in dem jeweiligen Flachrohr 150 oder in allen Flachrohren 150 ein Inneneinsatz 160 angeordnet sein, der beispielsweise zur Optimierung der Strömungsführung bzw. des Wärmeübergangs in das Flachrohr 150 eingesetzt ist. Wird nun in ein derartiges mit einem Inneneinsatz 160 ausgestatteten Flachrohr 150 ein Verstärkungselement 100 eingesetzt, so wird durch den Einführabschnitt 140 das Einführen und Verdrängen des Inneneinsatzes 160 erleichtert, während bei vollständig eingeführtem Verstärkungselement 100 sich das Verstärkungselement 100 mittels seines Fixierabschnittes 130 an dem Inneneinsatz 160 abstützt. Durch die Abstützung am Inneneinsatz 160 kann der Verstärkungskörper 110 unter Spannung stirnseitig an die Innenseite 170 des Flachrohres 150 angepresst bzw. angedrückt werden, so dass ein nachträgliches Verrutschen des Verstärkungselementes 100 nach dem Einführen verhindert oder zumindest verringert wird.
Dabei kann, wie in 3 gezeigt, beidseitig an dem Flachrohr 150 jeweils ein Verstärkungselement 100 eingesetzt sein. Es ist jedoch auch möglich, dass nur einseitig an einer Öffnung 230 ein Verstärkungselement 100 eingesetzt ist. Das jeweilige Flachrohr 150 kann dabei in den Rohrboden 300 derart eingesetzt sein, dass das Flachrohr 150 etwas über den Rohrboden 300 hinaus steht.
Derartige Verstärkungselemente 100 können mit einem Montagewerkzeug 310, wie in 4 dargestellt, reproduzierbar, positionssicher und kontaktsicher während der Montage und vor dem Verlöten in die Flachrohre 150 eingesetzt werden. Ein derartiges Montagewerkzeug 310 weist ein Gehäuse 320 auf, in dem eine mechanische Bewegungssteuerung 330 angeordnet ist. Mittels der mechanischen Bewegungssteuerung 330 kann die Bewegung zweier beweglicher Einschubbacken 340, 340' relativ zum Gehäuse 320 gesteuert werden. Des Weiteren kann das Montagewerkzeug 310 eine Werkzeughalterung 350 aufweisen, mit der das Montagewerkzeug 310 während des Einführens der Verstärkungselemente 100 in Position zum Flachrohr 150 gehalten werden kann. Dabei kann die Werkzeughalterung 350, wie in 4 gezeigt, als Griff ausgebildet sein. Es ist auch denkbar, dass die Werkzeughalterung 350 als Anbindungskonsole ausgestaltet ist, mit der das Montagewerkzeug 310 beispielsweise an einen Führungsschlitten oder an eine Führungsvorrichtung angebunden werden kann, sodass die Bewegung des Montagewerkzeuges 310 relativ zum Flachrohr 150 reproduzierbar, ggf. maschinell gesteuert, durchgeführt werden kann.
Des Weiteren kann das Montagewerkzeug 310 mit einer Positioniervorrichtung 360 ausgestattet sein, mit der eine Anfangsposition 365 der Einschubbacken 340, 340' definiert werden kann. Dabei kann eine derartige Positioniervorrichtung ein oder zwei Anschlagselemente 370 aufweisen, mit der die Anfangsposition 365 der jeweiligen Einschubbacke 340, 340' begrenzt wird.
Die mechanische Bewegungssteuerung 330 kann die Bewegung der Einschubbacken 340, 340' sowohl in einer Einschubrichtung 380 als auch in einer Spreizrichtung 390 steuern. Zur Steuerung in Einschubrichtung 380 kann das Montagewerkzeug 310 bzw. die mechanische Bewegungssteuerung 330 Federn 400, 400' aufweisen, die einem Versenken der Einschubbacken 340, 340' in das Gehäuse 320 entgegenwirken wirken. Mittels Führungsschenkeln 410 der mechanischen Bewegungssteuerung 330, die sowohl mit dem Gehäuse als auch mit den Einschubbacken 340, 340' verbunden sind, kann erreicht werden, dass sich bei Bewegung der Einschubbacken in Einschubrichtung 380 gleichzeitig auch eine Bewegung der Einschubbacken 340, 340' in Spreizrichtung 390 einstellt.
In 5 ist die Anfangsposition 365 des Montagewerkzeuges 310 dargestellt. Aufgrund von Federkräften zweier Federn 400, 400' , sind in diesem Fall die Einschubbacken 340, 340' zumindest teilweise aus dem Gehäuse 320 ausgefahren. Dabei ist ein Abstand 430 zwischen den Einschubbacken 340, 340' in Spreizrichtung 390 gering ausgebildet. Aufgrund dieses gering ausgebildeten Abstands 430 der Anfangsposition 365 kann das Montagewerkzeug 310 einfach in die in die Flachrohre 150 vormontierten Verstärkungselemente 100 eingefahren werden, bis der Anschlag 120 des Verstärkungselementes 100 an Anschläge 440, 440' der Einschubbacken 340, 340' anstößt. Sind die Anschläge 120 der Verstärkungselemente 100 mit den Anschlägen 440, 440' der Einschubbacken 340, 340' in Kontakt, werden zum einen die Verstärkungselemente 100 weiter in das Flachrohr 150 eingefahren und zum anderen ggf. die Einschubbacken 340, 340' weiter in das Gehäuse 320. So kann mittels der Einschubbacken 340, 340' das vormontierte jeweilige Verstärkungselement 100 in das Flachrohr weiter eingeschoben werden.
Beispielsweise aufgrund des eingesetzten Inneneinsatzes 160 kann ein Widerstand gegen das Einschieben des Verstärkungselementes 100 in das Flachrohr 150 aufgebaut wird, so dass die Einschubbacken 340, 340' in Einschubrichtung 380 in das Gehäuse 320 gedrückt werden, während gleichzeitig die Verstärkungselemente 100 in das Flachrohr 150 eingeführt werden. Aufgrund der mechanischen Bewegungssteuerung 330 bzw. deren Führungsschenkel 410 stellt sich parallel zur Bewegung der Einschubbacken 340, 340' relativ zum Gehäuse 320 eine Bewegung der Einschubbacken 340, 340' in Spreizrichtung 390 ein, sodass der Abstand 430 zwischen den Einschubbacken 340, 340' sich sukzessive vergrößert, je weiter die Einschubbacken 340, 340' in das Gehäuse 320 gedrückt werden. Sind die Einschubbacken 340, 340' bis zum Anschlag 440, 440' in das Gehäuse 320 versenkt, so ist eine Endposition 450 des Montagewerkzeuges 310 erreicht. In diesem Fall ist der Abstand 430 zwischen den Einschubbacken 340, 340' derartig stark vergrößert, dass mittels der Einschubbacken 340, 340' die Verstärkungselemente 100 gegen die stirnseitige Innenseite 170 des Flachrohres 150 gepresst werden.
Wird nun das Montagewerkzeug 310 aus dem Flachrohr 150 gezogen, so werden die Einschubbacken 340, 340' aufgrund der Federkräfte der Federn 400, 400' zurück in die Anfangsposition 365 bewegt, wodurch sich der Abstand 430 zwischen den Einschubbacken 340, 340' verringert. Dadurch gelingt es, dass das Montagewerkzeug 310 einfach und mit nur geringem Kraftaufwand aus dem Flachrohr 150 entfernt werden kann, ohne dass aufgrund von Reibungskräften ungewollt die Verstärkungselemente 100 zumindest teilweise aus ihrer gewünschten Zielposition verrückt oder verschoben werden.
Damit der vorstehend beschriebene Einfuhrmechanismus reibungslos funktioniert, können zudem die Einschubbacken 340, 340', wie beispielsweise in den 7,8 gezeigt, derart ausgebildet sein, dass eine Querschnittfläche 460 der Einschubbacken 340, 340' geringer dimensioniert ist, als ein Fixierabschnitt-Querschnittprofil 190 und/oder ein Einführabschnitt-Querschnittprofil 200. Dadurch kann sowohl für die Anfangsposition 365, wie in 8 gezeigt, und für die Endposition 450, wie in 7 gezeigt, sowie für alle intermediären Positionen erreicht werden, dass die Einschubbacken 340, 340' immer innerhalb des Fixierabschnitt-Querschnittprofils 190 und/oder Einführabschnitt-Querschnittprofils 200 bzw. innerhalb des Verstärkungskörpers 110 angeordnet bleiben, sodass zum einen das Montagewerkzeug 310 ohne wesentliche Kraftwirkung aus dem Flachrohr 150 hinausgezogen werden kann und ohne dass durch die zusammenfahrenden Einschubbacken 340, 340' der Inneneinsatz 160 deformiert wird.
Demzufolge, wie in den 5 und 6 gezeigt, sind die Einschubbacken 340, 340' bevorzugt spitz zulaufend ausgebildet, sodass sichergestellt werden kann, dass die Einschubbacken 340, 340' in jeder Position innerhalb der Verstärkungselemente 100 bzw. des Verstärkungskörpers 110 angeordnet sind.
Die Anschläge 440, 440' können, wie in den Fig. nicht gezeigt, zusätzlich oder alternativ eine zu den Verstärkungselementen 100 hin orientierte Nut aufweisen, in der der jeweilige Anschlag 120 des Verstärkungselementes 100 eingeführt werden kann und in denen sich der Anschlag 120 derart abstützen kann, dass das Verstärkungselement 100 an der jeweiligen Einschubbacke 340, 340' sowohl in Einschubrichtung 380 als auch in Spreizrichtung 390 fixiert wird.

Claims

Verstärkungselement (100) zum endseitigen und stirnseitigen Verstärken eines Flachrohres (150) für einen Wärmeübertrager, umfassend: genau einen Verstärkungskörper (110); und einen in Längsrichtung (175) des Verstärkungselementes (100) endständig an dem Verstärkungskörper (110) angeordneten Anschlag (120), der durch Umbiegen aus dem Material des Verstärkungskörpers (110) ausgebildet ist und sich in Einbaulage in Richtung der Stirnseite eines Endes des Flachrohres (150) erstreckt, wobei der Verstärkungskörper (110) in Einbaulage bis zum Anschlag (120) in das Flachrohr (150) eingesetzt und mit demselben stirnseitig verlötet ist, während der Anschlag (120) aus dem Flachrohr (150) herausragt.
Verstärkungselement (100) nach Anspruch 1, wobei der Verstärkungskörper (110) zumindest einen Abschnitt ausgewählt aus folgender Gruppe aufweist: einen stirnseitig orientierten und sich in Längsrichtung (175) erstreckenden Rücken (210), wobei der Rücken (210) eine sich in Längsrichtung (175) erstreckende Sicke (260) aufweist, deren Öffnung (270) sich in Einbaulage zur Stirnseite (280) orientiert, einen in Längsrichtung (175) endständigen Einführabschnitt (140), einen in Längsrichtung (175) nach dem Einführabschnitt (140) und/oder nach dem Anschlag (120) angeordneten Fixierabschnitt (130), zumindest einen an einem Fixierabschnitt (130) ausgebildeten, sich an einem Rücken (210) in Umlaufrichtung (180) eines Fixierabschnitt-Querschnittsprofils (190) anschließenden Schenkel (250, 250'), zumindest eine an einem Einführabschnitt (140) ausgebildete, sich an einem Rücken (210) in Umlaufrichtung (180) eines Einführabschnitt-Querschnittsprofils (200) anschließende Rampe (240, 240'), einen lotplattierten Abschnitt (235).
Verstärkungselement (100) nach Anspruch 2, wobei das Fixierabschnitt-Querschnittsprofil (190) und/oder das Einführabschnitt-Querschnittsprofil (200) u-förmig, rechteckig mit abgerundeten Ecken, halbrund oder halboval ausgebildet ist.
Verstärkungselement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das in Einbaulage zum Flachrohr (150) orientierte Fixierabschnitt-Querschnittsprofil (190) und/oder das in Einbaulage zum Flachrohr (150) orientierte Einführabschnitt-Querschnittsprofil (200) komplementär zu einer Innenseite (170) des Flachrohres (150) ausgebildet ist.
Verstärkungselement (100) nach Anspruch 4, wobei das in Einbaulage zum Flachrohr (150) orientierte Fixierabschnitt-Querschnittsprofil (190) und/oder das in Einbaulage zum Flachrohr (150) orientierte Einführabschnitt-Querschnittsprofil (200) etwas größer als die Innenseite (170) des Flachrohres (150) dimensioniert ist.
Verstärkungselement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Fixierabschnitt (130) zwei Schenkel (250, 250') aufweist, deren in Umlaufrichtung (180) des Fixierabschnitt-Querschnittsprofils (190) endständiger Abstand (277) größer als eine innenseitige Innenhöhe (273) des Flachrohres (150) ist.
Wärmeübertrager (305) mit mehreren Flachrohren (150), bei dem zumindest ein Flachrohr (150) zumindest ein Verstärkungselement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Wärmeübertrager (305) nach Anspruch 7, wobei zumindest ein Flachrohr (150) an einer Öffnung (230) zwei Verstärkungselemente (100) aufweist.
Wärmeübertrager (305) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Einbaulage zumindest ein Schenkel (250, 250') des Fixierabschnittes (130) einen im Flachrohr (150) angeordneten Inneneinsatz (160) berührt.
Wärmeübertrager (305) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Flachrohr (150) ausgewählt aus folgender Gruppe zumindest an einer Öffnung (230) ein oder zwei Verstärkungselemente (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist: ein hinsichtlich eines Rohrstapels (290) des Wärmeübertragers (305) endständiges Flachrohr (150), ein zu einer Kalt-/Warmgrenze benachbartes Flachrohr (150), ein hinsichtlich des Rohrstapels (290) mittig angeordnetes Flachrohr (150).
Montagewerkzeug (310) zum Einsetzen von Verstärkungselementen (100) in Flachrohre (150) eines Wärmeübertragers (305), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: ein Gehäuse (320); zwei bewegliche Einschubbacken (340, 340'), mittels derer die Verstärkungselemente (100) in das Flachrohr (150) eingeführt werden, eine im Gehäuse (320) angeordnete mechanische Bewegungssteuerung (330), mittels der die Bewegung der Einschubbacken (340, 340') relativ zum Gehäuse (320) während des Einführens der Verstärkungselemente (100) gesteuert wird, und eine Werkzeughalterung (350), mit der das Montagewerkzeug (310) während des Einführens der Verstärkungselemente (100) in Position gehalten wird, wobei die mechanische Bewegungssteuerung (330) Führungsschenkel (410) aufweist, die mit dem Gehäuse (320) und den Einschubbacken (340, 340') verbunden sind, sodass sich bei Bewegung der Einschubbacken (340, 340') in eine Einschubrichtung (380) gleichzeitig eine Bewegung der Einschubbacken (340, 340') in eine Spreizrichtung (390) einstellt.
Montagewerkzeug (310) nach Anspruch 11, wobei eine Positioniervorrichtung (360) vorgesehen ist, mit der eine Anfangsposition (365) der beweglichen Einschubbacken (340, 340') festgelegt wird.
Montagewerkzeug (310) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mechanische Bewegungssteuerung (330) zumindest eine der Relativbewegungen ausgewählt aus folgender Gruppe steuert: eine Bewegung der Einschubbacken (340, 340') relativ zum Gehäuse (320) in Einschubrichtung (380), eine Bewegung der Einschubbacken (340, 340') relativ zum Gehäuse (320) in Spreizrichtung (390).
Montagewerkzeug (310) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einschubbacken (340, 340') in Einschubrichtung (380) eine abnehmende Querschnittsfläche (460) aufweisen.
Montagewerkzeug (310) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einschubbacken (340, 340') so dimensioniert sind, dass sie während des Einführens innerhalb des Einführabschnitt-Querschnittsprofils (200) und/oder des Fixierabschnitt-Querschnittsprofils (190) angeordnet sind, wobei zumindest ein Schenkel (250, 250') des Verstärkungselementes (100) zumindest abschnittsweise über die Einschubbacken (340, 340') hinausragt.