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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wellrippe für einen Wärmeübertrager, die wenigstens zwei Rippen mit daran ausgeformten Kiemen aufweist. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Wärmeübertrager mit einer derartigen Wellrippe.
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Wellrippen kommen in Wärmeübertragern zum Einsatz, um einen Wärmeaustausch zwischen einem sie durchströmenden Fluid und einem Gegenstand, beispielsweise einem Rohrkörper, mit dem sie wärmeübertragend verbunden sind, zu erhöhen. Eine Verbesserung der Wärmeübertragung kann durch das Versehen der Wellrippe mit Kiemen erfolgen, welche von dem Fluid durchströmt werden.
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Eine solche Wellrippe ist aus der
DE 10 2016 213 197 A1 bekannt. Die Wellrippe weist zwei Rippen auf, welche parallel zueinander verlaufen und zueinander beabstandet sind. An der jeweiligen Rippe sind Kiemen ausgeformt, die in Erstreckungsrichtung der Rippen durchströmbar sind und zwischen denen Stege der Rippe angeordnet sind. Die Kiemen benachbarter Rippen können hierbei in Erstreckungsrichtung der Rippen abwechselnd aufeinander folgen und abwechselnd hin zur benachbarten Rippe und von der benachbarten Rippe weggerichtet ausgeformt sein.
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Bei derartigen Wellrippen besteht der Bedarf, diese mechanisch zu stabilisieren, um sie auch bei Wärmeübertragern, welche mit erhöhten Drücken betrieben werden und somit die Wellrippe durch einen erhöhten Innendruck belasten, nutzen zu können. Derartige Druckverhältnisse kommen beispielsweise in größeren Wärmeübertragern vor, welche insbesondere in Nutzkraftwagen zum Einsatz kommen.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit der Aufgabe, für eine Wellrippe der vorstehend genannten Art sowie für einen Wärmeübertrager mit einer solchen Wellrippe verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsformen anzugeben, welche sich insbesondere durch eine erhöhte mechanische Stabilität auszeichnen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, in einer Wellrippe, welche zumindest zwei Rippen mit jeweils daran ausgeformten, entlang der Erstreckung der Rippen fluidisch durchströmbaren Kiemen, aufweist, eine Reduzierung der Erstreckung der Kiemen im Vergleich zu zwischen den Kiemen angeordneten Stegen vorzunehmen. Die Erfindung nutzt dabei die Erkenntnis, dass die Stege bei Druckbelastung der Wellrippen als Zuganker und somit kraftübertragende Elemente wirken. Die Erfindung nutzt zudem die Kenntnis, dass eine proportionale Vergrößerung der Stege und der Kiemen keine verbesserte Stabilität der Wellrippe zur Folge hat, da die anteilmäßige Gesamtlänge der Stege im Vergleich zu den Kiemen gleich bleibt. Eine Reduzierung der Erstreckung der Kiemen, derart, dass eine nicht-äquidistante, in Erstreckungsrichtung verlaufende Längenverteilung der Stege und der Kiemen vorliegt, führt demgegenüber dazu, dass verhältnismäßig mehr Kraft bei Innendruckbelastung aufgenommen werden kann, so dass die Wellrippe insgesamt mechanisch stabiler ist und/oder bei erhöhten Innenhochdrücken betrieben werden kann. Insbesondere ist die Wellrippe somit geeignet, auch in Nutzkraftwagen bzw. zugehörigen Wärmeübertragern für Nutzkraftwagen eingesetzt zu werden. Demgegenüber wird vorliegend die anteilmäßige Länge der Stege im Vergleich zu den Kiemen vergrößert. Dies führt, wie vorstehend erwähnt, zu einer erhöhten Stabilität, insbesondere zu einer verbesserten Innendruckfestigkeit der Wellrippe. Dem Erfindungsgedanken entsprechend weist die Wellrippe zumindest zwei Rippen auf, die sich jeweils in einer Erstreckungsrichtung erstrecken und in einer quer zur Erstreckungsrichtung verlaufenden Abstandsrichtung zueinander beabstandet sind. Die jeweilige Rippe weist an der Rippe ausgeformte und in Erstreckungsrichtung aufeinander folgende Kiemen auf, welche jeweils in Erstreckungsrichtung durchströmbar sind. Zwischen in Erstreckungsrichtung aufeinander folgenden Kiemen der jeweiligen Rippe ist jeweils ein Steg der Rippe angeordnet, welche die Kiemen somit voneinander trennt. Die Kiemen benachbarter Rippen sind dabei in Erstreckungsrichtung abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet. Zudem sind die Kiemen der jeweiligen Rippe in Erstreckungsrichtung abwechselnd hin zur benachbarten Rippe und von der benachbarten Rippe weg gerichtet ausgeformt. Erfindungsgemäß ist eine in Erstreckungsrichtung verlaufende Kiemenlänge der jeweiligen Kieme kleiner als eine in Erstreckungsrichtung verlaufende Steglänge des jeweiligen Stegs der zugehörigen Rippe.
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Zweckmäßig sind Ausführungsformen, bei denen die Kiemenlänge aller Kiemen der jeweiligen Rippe, vorzugsweise aller Rippen, identisch oder im Wesentlichen gleich ist. Zweckmäßig sind ferner Ausführungsformen, bei denen die Steglänge der Stege der jeweiligen Rippe, vorzugsweise aller Rippen, identisch oder im Wesentlichen gleich ist.
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Die Stege der jeweiligen Rippe bilden zweckmäßig Rippenabschnitte der Rippe, welche fluidisch in Erstreckungsrichtung, vorzugsweise gänzlich, nicht durchströmbar sind.
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Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen das Verhältnis zwischen der Steglänge und der Kiemenlänge der Stege und Kiemen wenigstens einer der Rippen, vorzugsweise der jeweiligen Rippe, wenigstens 1,5 beträgt. Das heißt, dass die Steglänge zumindest das 1,5-fache der Kiemenlänge beträgt. Dies führt zu einer vorteilhaften Stabilisierung der Wellrippe, insbesondere gegenüber Innendruckbelastung. Zudem sind die Wellrippen somit vereinfacht herstellbar. Insbesondere sind die Wellrippen somit für den Einsatz in Wärmeübertragern geeignet, welche bei erhöhten Drücken betrieben werden, wie sie beispielsweise bei Nutzkraftwagen vorkommen und/oder benötigt sind.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sehen vor, dass die Wellrippe zumindest drei solche Rippen aufweist, welche jeweils in Erstreckungsrichtung verlaufen und in Abstandsrichtung zueinander beabstandet sind.
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Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen die Wellrippe wenigstens drei solche Rippen aufweist. Die Wellrippe weist zudem in Abstandsrichtung abwechselnd obere und untere Verbindungsabschnitte auf, wobei oben und unten vorzugsweise bezüglich einer quer zur Erstreckungsrichtung und quer zur Abstandsrichtung verlaufenden Höhenrichtung zu verstehen ist. Die Verbindungsabschnitte verbinden in Abstandsrichtung aufeinander folgende Rippen miteinander, wobei diese Rippen von den Verbindungsabschnitten abstehen. Der jeweilige Verbindungsabschnitt geht in einem jeweils zugehörigen Übergangspunkt in die von ihm abstehenden Rippen über. Bevorzugt ist dabei ein in Abstandsrichtung verlaufender Übergangsabstand zwischen in Abstandsrichtung aufeinander folgenden Übergangspunkten aufeinander folgender oberer Verbindungsabschnitte kleiner als die jeweilige Kiemenlänge der zugehörigen Rippe. Analog hierzu kann alternativ oder zusätzlich der Übergangsabstand zwischen in Abstandsrichtung aufeinander folgenden Übergangspunkten aufeinander folgender unterer Verbindungsabschnitte kleiner sein als die jeweilige Kiemenlänge der zugehörigen Rippe. Hierbei wird die Kenntnis genutzt, dass die Verbindungsabschnitte in einem zugehörigen Wärmeübertrager üblicherweise an einem Gegenstand, beispielsweise an einem Rohrkörper, insbesondere an einem Flachrohr, anliegen. Die zugehörigen Übergangspunkte des Verbindungsabschnitts geben dementsprechend diejenige, in Abstandsrichtung verlaufende Breite der Verbindungsabschnitte an, mit denen der jeweilige Verbindungsabschnitt am besagten Gegenstand anliegt. Durch den kleineren Übergangsabstand als die jeweilige Kiemenlänge wird sichergestellt, dass die jeweilige Kieme zumindest abschnittsweise von wenigstens einem der Flachabschnitte abgestützt ist. Dies führt zu einer verbesserten mechanischen Festigkeit der Wellrippe, insbesondere bei kleineren bzw. abnehmenden Kiemenlängen und/oder zu einer reduzierten mechanischen Spannung. Folglich wird die Wellrippe somit weiter stabilisiert.
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Der jeweilige Verbindungsabschnitt kann prinzipiell beliebig geformt sein, insbesondere eine gekrümmte Form aufweisen.
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Bevorzugt ist der jeweilige Verbindungsabschnitt flach und eben geformt. Dies ermöglicht eine ebene, großflächige Anlage des Verbindungsabschnitts am besagten Gegenstand, insbesondere am Rohrkörper. Folglich ist die Wellrippe somit weiter stabilisiert.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen die Wellrippe an zumindest einem der Übergangspunkte eine Kerbe aufweist. Das heißt, dass der Übergangspunkt als eine Kerbe ausgebildet sein kann.
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Bevorzugt beträgt ein in Höhenrichtung verlaufender Abstand zwischen der vom Übergangspunkt abgewandten Außenfläche des zugehörigen Verbindungsabschnitts und dem in Höhenrichtung von der Außenfläche entfernten Ende zumindest einer der Übergangspunkte, insbesondere der Kerbe, nachfolgend auch Kerbenabstand genannt, weniger als 0,5 mm, besonders bevorzugt weniger als 0,3 mm. Vorteilhaft beträgt der jeweilige Kerbenabstand weniger als 0,5 mm, insbesondere weniger als 0,5 mm. Hierdurch ist es, insbesondere bei am besagten Gegenstand verlöteten Wellrippen, möglich, dass Lötmittel in den Übergangspunkten, insbesondere in die Kerben, dringt und diese somit ebenfalls verlötet. Hierdurch wird eine vorteilhafte Stabilisierung der Wellrippe im zugehörigen Wärmeübertrager erreicht. Alternativ oder zusätzlich kann der jeweilige Übergangspunkt , insbesondere die jeweilige Kerbe, einen Krümmungsradius zwischen 0,20 mm und 0,35 mm, insbesondere von 0,25 mm, aufweisen.
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Als vorteilhaft erweisen sich Ausführungsformen, bei denen die jeweilige Kiemenlänge zwischen 1,0 mm und 5,0 mm, besonders bevorzugt zwischen 2,0 mm und 4,5 mm, beträgt. Dies führt zu einer vorteilhaften Stabilisierung der Wellrippe und/oder erlaubt eine vereinfachte Herstellung der Wellrippe.
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Eine weitere Stabilisierung der Wellrippe wird durch ein in Abstandsrichtung verlaufender Kiemenabstand zwischen aufeinander folgenden Kiemen wenigstens einer der Rippen definiert, die weniger als 0,7 mm beträgt. Das heißt, dass die Kiemen eine reduzierte Ausstellung bzw. Ausformung aufweisen. Hierdurch wird bei einer Zugbelastung der Kiemen, die insbesondere bei Innendruck vorkommt, eine höhere Widerstandskraft der Kiemen erzielt, welche besagte verbesserte Stabilität der Wellrippe zur Folge hat. Der Kiemenabstand ist dabei insbesondere zwischen den einander zugewandten Innenseiten der Kiemen definiert. Dabei kann der Kiemenabstand zwischen 0,40 mm und 0,70 mm betragen.
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Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen die jeweilige Kieme zwei Übergangsabschnitte und einen zwischen den Übergangsabschnitten verlaufenden Zwischenabschnitt aufweist, wobei die Übergangsabschnitte jeweils in die Rippe und in den Zwischenabschnitt übergehen. Bevorzugt weist der jeweilige Übergangsabschnitt einen Krümmungsradius von kleiner als 6,0 mm, insbesondere von kleiner als 5,0 mm, vorteilhaft zwischen 1,0 mm und 6,0 mm, besonders bevorzugt zwischen 2,0 mm und 5,0 mm, auf. Dies führt zu einem verringerten Gradienten des Übergangs zwischen der Rippe bzw. dem Verbindungsabschnitt und der Kieme, die wiederum zu einer erhöhten Stabilität der Wellrippe führt.
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Die Wellrippe kann prinzipiell beliebig hergestellt sein.
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Bevorzugt ist die Wellrippe aus einem einzelnen, einstückigen und zusammenhängenden Material, insbesondere aus einem Blech, hergestellt. Dabei können die Kiemen durch Einbringen entsprechender Schnitte und Ausformen der entsprechenden Abschnitte hergestellt sein.
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Insbesondere kann die Wellrippe durch ein Walzverfahren, beispielsweise durch ein Querwalzverfahren, hergestellt sein.
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Es versteht sich, dass neben der Wellrippe auch ein Wärmeübertrager mit zumindest einer solchen Wellrippe zum Umfang dieser Erfindung gehört.
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Der Wärmeübertrager dient dem Wärmeaustausch zwischen einem Fluid, welches im Betrieb einen Strömungsraum durchströmt, in dem auch wenigstens eine der Wellrippen angeordnet ist, und einem Temperiermittel, welches beispielsweise durch einen Rohrkörper, insbesondere ein Flachrohr, strömt und mit dem die Wellrippe wärmeübertragend verbunden ist. Insbesondere können die Verbindungsabschnitte der Wellrippe an dem Rohrkörper, insbesondere am Flachrohr, anliegen.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen an gegenüberliegenden Seiten des Rohrkörpers, insbesondere des Flachrohrs, jeweils wenigstens eine solche Wellrippe angebracht ist.
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Der Wärmeübertrager mit der erfindungsgemäßen Wellrippe kann in einer beliebigen Anwendung zum Einsatz kommen. Insbesondere kommt der Wärmeübertrager in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise in einem Nutzkraftwagen, zum Einsatz.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondem auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
- 1 einen Querschnitt durch eine Wellrippe,
- 2 einen Längsschnitt durch die Wellrippe,
- 3 eine Innenansicht eines Wärmeübertragers.
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Eine Wellrippe 1, wie sie in den 1 bis 3 gezeigt ist, kommt in einem Wärmeübertrager 2 zum Einsatz, wie er beispielsweise in 3 gezeigt ist. Die Wellrippe 1 weist zumindest zwei Rippen 3 auf. Hierbei ist in 1 ein Querschnitt durch die Wellrippe 1 und in 2 ein Längsschnitt durch die Wellrippe 2 zu sehen. Die Rippen 3 der Wellrippe 1 erstrecken sich in einer Erstreckungsrichtung 4 und sind in einer quer zur Erstreckungsrichtung 4 verlaufenden Abstandsrichtung 5 zueinander beabstandet. Die Rippen 3 sind durch Verbindungsabschnitte 6 miteinander verbunden, welche in den gezeigten Beispielen im Wesentlichen flach verlaufen und somit auch als Flachabschnitte 7 bezeichnet werden. Die Verbindungsabschnitte 6 und somit Flachabschnitte 7 sind in einer quer zur Erstreckungsrichtung 4 und quer zur Abstandsrichtung 5 verlaufenden Höhenrichtung 8 zueinander beabstandet und entlang der Abstandsrichtung 5 abwechselnd angeordnet und werden daher nachfolgend entsprechend ihrer Anordnung in 1 als oberer Verbindungsabschnitt 6' bzw. oberer Flachabschnitt 7' und unterer Verbindungsabschnitt 6" bzw. unterer Flachabschnitt 7" bezeichnet. Die Wellrippe 1 kann dabei weitere Rippen 3 aufweisen, welche jeweils ebenfalls in Erstreckungsrichtung 4 verlaufen und in Abstandsrichtung 5 zueinander beabstandet und durch die Verbindungsabschnitte 7 miteinander verbunden sind, wie dies beispielsweise in 3 gezeigt und in 1 mit gestrichelten Linien angedeutet ist.
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Die jeweilige Rippe 3 weist an der Rippe 3 ausgeformte Kiemen 9 auf, welche jeweils in Erstreckungsrichtung 4 durchströmbar sind. Zwischen in Erstreckungsrichtung 4 benachbarten Kiemen 9 der jeweiligen Rippe 3 ist ein Steg 10 der Rippe 3 angeordnet, der die benachbarten Kiemen 9 somit voneinander trennt. Wie beispielsweise 2 entnommen werden kann, sind die Kiemen 9 von benachbarten Rippen 3 in Erstreckungsrichtung 4 abwechselnd aufeinander folgend angeordnet. Das heißt, dass in Erstreckungsrichtung 4 auf einer Kieme 9 einer der Rippen 3 eine Kieme 9 der benachbarten Rippe 3 folgt. Zudem sind die Kiemen 9 der jeweiligen Rippe 3 in Erstreckungsrichtung 4 abwechselnd hin zur benachbarten Rippe 3 und von der benachbarten Rippe 3 weg gerichtet an der zugehörigen Rippe 3 ausgeformt. Die jeweilige Kieme 9 weist eine in Erstreckungsrichtung 4 verlaufende Kiemenlänge 11 auf, wobei im gezeigten Beispiel die Kiemen 9 aller Rippen 3 die gleiche Kiemenlänge 11 aufweisen. Der jeweilige Steg 10 weist eine in Erstreckungsrichtung 4 verlaufende Steglänge 12 auf, wobei im gezeigten Beispiel alle Stege 10 der jeweiligen Rippe 3 die gleiche Steglänge 12 aufweisen. Zu erkennen ist dabei, dass die jeweilige Kiemenlänge 11 kleiner ist als die jeweilige Steglänge 12 der zugehörigen Rippe 3. Im gezeigten Beispiel sind dabei alle Kiemenlängen 11 kleiner als die jeweilige Steglänge 12. Bevorzugt beträgt das Verhältnis zwischen der Steglänge 12 und der Kiemenlänge 11 der jeweiligen Rippe 3 wenigstens 1,5. Im gezeigten Beispiel ist die jeweilige Steglänge 12 doppelt so groß wie die jeweilige Kiemenlänge 11, so dass dieses Verhältnis zwei beträgt. Die jeweilige Kiemenlänge 11 beträgt hierbei vorteilhaft zwischen 2,0 mm und 4,5 mm.
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Wie insbesondere 1 zu entnehmen ist, ist zwischen in Erstreckungsrichtung 4 aufeinanderfolgender Kiemen 9 der jeweiligen Rippe 3 ein Kiemenabstand 13 definiert, der weniger als 0,7 mm beträgt.
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Insbesondere den 1 und 3 ist zu entnehmen, dass die Rippen 3 von den jeweils zugehörigen Verbindungsabschnitten 6 bzw. Flachabschnitten 7 abstehen. Zu erkennen ist ferner, dass der jeweilige Verbindungsabschnitt 6 an zugehörigen Übergangspunkten 14 in die von ihm abstehenden Rippen 3 übergeht. Die Übergangspunkte 14 sind im gezeigten Beispiel jeweils als eine Kerbe 21 ausgebildet. Dabei ist ein in Abstandsrichtung 5 verlaufender Übergangsabstand 15 zwischen in Abstandsrichtung 5 aufeinander folgender Übergangspunkte 14 aufeinander folgender unterer Verbindungsabschnitte 6" kleiner als die jeweilige Kiemenlänge 11 der zugehörigen Rippen 3. Analog ist der in Abstandsrichtung 5 verlaufende Übergangsabstand 15 zwischen in Abstandsrichtung 5 aufeinander folgenden Übergangspunkte 14 aufeinander folgender oberer Verbindungsabschnitte 7' kleiner als die jeweilige Kiemenlänge 11 der zugehörigen Rippen 3. Insbesondere 3 kann entnommen werden, dass die Verbindungsabschnitte 6 bzw. Flachabschnitte 7 dem Zweck dienen, die Wellrippe 2 mit einem Rohrkörper 16 des Wärmeübertragers 2 wärmeübertragend und mechanisch zu verbinden, wobei die Verbindungsabschnitte 6 am Rohrkörper 16, der vorliegend als Flachrohr 17 ausgebildet ist, anliegen. Dementsprechend definieren die Übergangsabstände 15 der unteren Verbindungsabschnitte 6" bzw. der oberen Verbindungsabschnitte 6' jeweils eine Breite, über welche die Wellrippe 3 nicht am Rohrkörper 16 anliegt. Ein in Höhenrichtung 8 verlaufender Abstand 22 zwischen der vom Übergangspunkt 14 abgewandten Außenfläche des zugehörigen Verbindungsabschnitts 6 und dem in Höhenrichtung 8 von der Außenfläche entfernten Ende des Übergangspunkts 14, der nachfolgend auch als Kerbenabstand 22 bezeichnet wird, beträgt weniger als 0,3 mm.
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Wie insbesondere 1 entnommen werden kann, weist im gezeigten Beispiel die jeweilige Kieme 9 einen in Höhenrichtung 8 mittigen Zwischenabschnitt 18 und zwei in Höhenrichtung 8 gegenüberliegende Übergangsabschnitte 19 auf, wobei der Zwischenabschnitt 18 im Wesentlichen eben verläuft und in die Übergangsabschnitte 19 übergeht, welche wiederum in die zugehörige Rippe 3 übergehen. Die Übergangsabschnitte 19 sind gekrümmt ausgebildet, wobei sie vorzugsweise einen Krümmungsradius zwischen 2,0 mm und 5,0 mm aufweisen.
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Der in 3 gezeigte Wärmeübertrager 2 weist einen Strömungsraum 20 auf, der im Betrieb von einem Fluid durchströmt ist. Im Strömungsraum 20 ist zumindest eine der Wellrippen 3 angeordnet, vorzugsweise derart, dass die Erstreckungsrichtung 4 entlang der Strömungsrichtung des Fluids verläuft. Im gezeigten Beispiel sind zumindest zwei solche Wellrippen 3 vorgesehen, wobei zwei der Wellrippen 3 zu sehen sind. Zwischen den Wellrippen 3 ist der Rohrkörper 16 angeordnet, durch den, fluidisch vom durch den Strömungsraum 20 strömenden Fluid getrennt, ein Temperiermittel strömt. Das Temperiermittel tauscht über den Rohrkörper 16 und die Wellrippen 3 mit dem Fluid Wärme aus, so dass das Fluid und das Temperiermittel temperiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016213197 A1 [0003]
