DE19548495A1 - Wärmetauscherblock für Wärmetauscher für Kraftfahrzeuge und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher­ block für Wärmetauscher für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Heizungswärmetauscher und Motorkühler, mit gegenläufig zwei­ flutigen Flachrohren und den sonstigen Merkmalen von Anspruch 1. Ein derartiger Wärmetauscherblock ist aus der EP-0 632 245 A1 bekannt. Einen vergleichbaren Stand der Technik zeigt auch Patent Abstracts of Japan, Vol. 16, No. 26 (M-1202), bezüg­ lich der zugehörigen japanischen Patentanmeldung mit der Ver­ öffentlichungsnummer JP 3238165. Bei dem erstgenannten be­ kannten Wärmetauscherblock, von dem die Erfindung ausgeht, ist das jeweilige Flachrohr (vgl. Fig. 7) bereits durch Ver­ biegen bzw. gezieltes Zusammenfalten eines Blechteiles so ge­ formt, daß bei diesem Verbiegen oder Zusammenfalten auch gleich eine Trennwand zwischen den beiden benachbarten Fluten mit ausgebildet wird. Formtechnisch noch relativ schwierig ist dabei jedoch die Gestaltung der Trennwand deswegen, weil sie in einem mittleren Bereich des Blechteiles ausgeformt wird.

Ein zweiter wesentlicher Gesichtspunkt bei der Her­ stellung des jeweiligen gegenläufig zwei flutigen Flachrohres ist der, daß in diesem auch noch eine Umlenkung der beiden gegenläufigen Fluten erfolgen soll, wozu bei Schaffung der Umlenkung noch im Flachrohr im Umlenkbereich die Trennwand mindestens teilweise entfallen muß. Bei dem bekannten Flach­ rohr, von dem die Erfindung ausgeht, ist dies durch eine ent­ sprechende zentrale Ausstanzung des Blechteils möglich. In diesem bekannten Fall bleiben die Endbereiche der Blechteile ohne Aussparung. Alternativ könnte man die Umlenkung in einem Wasserkasten oder einem umlenkseitigen Verschluß vornehmen.

Ein Wärmetauscherblock mit zwei flutigen Flachroh­ ren, bei denen wie im Falle der EP-0 632 245 A1 eine Trenn­ wand zwischen den beiden Fluten durch Biegen eines Blechs so gebildet wird, daß die Trennwand von einer mittleren Zone des gebogenen Blechs gebildet ist, ist auch aus der US-A-5 186 251 bekannt. Bei diesem Flachrohr sind jedoch die beiden Flu­ ten parallel geführt, so daß sich ein Umlenkungsproblem der Fluten von vornherein gar nicht stellt.

Bei der zweitgenannten japanischen Flachrohrausbil­ dung ist die Trennwand des jeweiligen Flachrohres dadurch ge­ bildet, daß beide Endbereiche des Flachrohres aneinanderlie­ gend zur Trennwand gebogen und mit ihren freien Enden gegen­ läufig an die Innenseite der einen Flachrohrwand zur Anlage gebracht sind. Dies erfordert zur Bildung einer umlenkenden Aussparung einen zweifachen Ausschnitt in beiden Endbereichen des Blechteils. Diese Bauweise stellt die Sicherheit der ge­ genseitigen Dichtung der beiden umgebogenen Endbereiche des Blechteils in Frage, da im Umlenkbereich die gegenseitige Ab­ stützung der Enden der Blechteile die bei der erstgenannten Ausführungsform auch im Umlenkbereich noch verbleibende Blechüberlappung verliert.

Aus der DE 25 06 434 A1 sind schon Wärmetauscher­ blöcke mit flachen Wärmetauscherohren bekannt, ohne daß Bezug auf eine gegenläufig zweiflutig Verschaltung genommen ist. Die Flachrohre sind bereits aus dünnen flexiblen Metallstrei­ fen so gebogen, daß sich zwei entgegengesetzte freie Außen­ ränder an einer Stufe der einen Breitseitenwand überlappen und eine Fortsetzung des innenliegenden Außenrands nach innen als rechtwinklige starre Stütze zur Abstützung an der Innen­ fläche der anderen Breitseitenwand abgebogen ist. Im Überlap­ pungsbereich der Außenränder an der einen Breitseitenwand und gegebenenfalls auch im Anschlußbereich der starren Stütze an der anderen Breitseitenwand soll dabei jeweils eine Ver­ schweißung vorgenommen werden, wobei durch die starren Ab­ stützungen beim Verschweißungsvorgang der Querschnitt der Flachrohre gehalten werden soll.

Diese vorbekannte Konstruktion wird nach der DE 32 16 140 C1 dahingehend abgewandelt, daß statt einer starren Stütze die betreffende Stütze federnd ausgebildet und dement­ sprechend in Schräglage zwischen den beiden Breitseitenwänden angeordnet wird. Hierdurch soll sichergestellt werden, daß an der einen Breitseitenwand die sich überlappenden Außenränder des Blechstreifens eng und dicht aneinander gehalten werden. Eine Verlötung der federnden Stütze mit der anderen Breitsei­ tenwand ist nicht vorgesehen; vielmehr soll das freie Ende der abgebogenen freien Stütze an der Innenfläche dieser ande­ ren Breitseitenwand federnd gleiten können. Darüber hinaus ist die federnde Abstützung dezentral angeordnet. Eine Anwen­ dung auf Wärmetauscherblöcke mit gegenläufig zwei flutigen Flachrohren mit einwandfreier Abdichtung zwischen beiden Flu­ ten scheidet daher aus. Darüber hinaus werden folgende Nach­ teile dieser bekannten Konstruktion an sich und im Hinblick auf den von der Erfindung in Betracht gezogenen Gegenstand gesehen:

• 1. Eine federnde Stütze innerhalb eines Flachrohres vermag es nicht mehr, eine konstante Dicke des Flachrohres bei einem Zusammenspannen des Wärmetauschers für die Verlö­ tung zu halten. Diese Ungenauigkeit würde sich noch ver­ stärken, wenn man anders als bei dem Ausführungsbeispiel der DE 32 16 140 C1 die federnde Stütze mittig anordnen würde, wie es bei sehr vielen Ausführungsformen von ge­ genläufig zweiflutigen Flachrohren der Fall ist.
• 2. Der Abstand zwischen den Breitseitenwänden eines Flach­ rohres ist sehr klein, so daß bei vorgegebenem Toleranz­ ausgleich die Federkraft durch die sehr kurze Länge der federnden Stütze sehr hoch wird. Diese Federkraft muß da­ bei genügend groß sein, um für die Einhaltung eines kon­ stanten Rastermaßes die auftretenden Toleranzen ausglei­ chen zu können. Bei einer Wandstärke gemäß dem Ausfüh­ rungsbeispiel des vorbekannten Flachrohres von 0,4 mm Aluminiumblech - ein auch bei der Erfindung in Betracht gezogener Fall - liegt erfahrungsgemäß die lichte Weite zwischen den beiden Breitseitenwänden im Bereich von 1 bis 3 mm und die auftretende Toleranz immerhin im Bereich einiger Zehntelmillimeter. Jedenfalls dann, wenn die Flachrohre mit dünnwandigen Lamellen verrippt sind, was bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscherblock mit Zick­ zacklamellen regelmäßig der Fall ist, wird man die Ein­ spannkraft auf den sandwichartig vormontierten Motorblock zum Ausgleich der Toleranzen über die ihrerseits dünnwan­ digen Zickzacklamellen auf die federnden Stützelemente übertragen müssen, was zur Folge haben kann, daß die er­ forderlichen großen eingeprägten Kräfte der kurzen fe­ dernden Stützelemente die äußere Lamellenverrippung ein­ brechen, einknicken oder sonst deformieren.
• 3. Wenn aufgrund von Toleranzen der Herstellung im Überlap­ pungsbereich der Außenränder des Blechstreifens die dort ausgebildete Stufe tiefer ist als die Materialstärke des Blechstreifens, kann die federnde Stütze die beiden ein­ ander überlappenden Außenränder des Blechstreifens nicht mehr zusammendrücken, da der über die äußere Lamellenver­ rippung übertragene Anpreßdruck von der durch die fe­ dernde Stütze abgestützten Seite der einen Breitseiten­ wand aufgenommen wird und daher den im Überlappungsbe­ reich außenliegenden Außenrand des Blechstreifens nicht mehr auf den Grund der Stufe zu drücken vermag.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bau­ weise von Wärmetauscherblöcken mit gegenläufig zwei flutigen Flachrohren aus gebogenen bzw. gefalteten Blechteilen kon­ struktiv und dabei auch in bezug auf die Verlötungsbedingun­ gen zu verbessern.

Diese Aufgabe wird bei einem zwei flutigen Flachrohr mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 durch des­ sen kennzeichnenden Merkmale gelöst.

Anders als die DE 32 16 140 C1 wandelt die Erfin­ dung nicht die starre Stütze der DE 25 06 434 A1 in eine fe­ dernde Stütze ab, sondern behält die starre Stütze der DE 25 06 434 A1 bei und beschreitet einen anderen Weg zur Bewälti­ gung der konstruktiven und montagemäßigen Probleme.

Im Rahmen einer erfindungsgemäß in Betracht gezoge­ nen Verlötung des Wärmetauscherblocks wird im ersten Kenn­ zeichnungsmerkmal der Erfindung an die DE 25 06 434 A1 ange­ lehnt, wobei jedoch anders als dort die starre Stütze als Trennwand gegenläufiger Fluten eingesetzt wird, die vorzugs­ weise im Umlenkbereich ausgeschnitten ist. Ein solcher Aus­ schnitt ist dann nicht mehr wie bei der EP-0 632 245 A1 rings vom Blechteil umgeben, sondern kann von einem Rand des Blech­ teils in dieses offen hineingearbeitet werden, so daß also nur noch sozusagen der Rand beschnitten zu werden braucht. Im Vergleich zu der zweitgenannten japanischen Konstruktion kommt man weiter mit einfacher Blechstärke der Trennwand aus, was wiederum die erforderliche Länge des Querschnitts des Flachrohres auf ein Minimum begrenzt. Dadurch wird bereits die Konstruktionsweise wesentlich verbessert.

Die Anordnung einer toleranzausgleichenden Federung innerhalb der Breitseitenwand des jeweiligen Flachrohres ver­ meidet ferner alle genannten Nachteile des bekannten federn­ den Stützelementes. So bestehen überhaupt keine Probleme mehr darin, wenn man in üblicher Weise die Trennwand mittig im je­ weiligen Flachrohr anordnet. Selbst dann ist der beschriebene Federbogen so langgestreckt, daß keine großen rückstellenden Federkräfte mehr erforderlich sind und somit die Rückstell­ kräfte problemlos von der dünnwandigen äußeren Lamellenver­ rippung aufgenommen werden können, ohne daß diese Gefahr lei­ det. Wenn gemäß üblicher Bauart die Trennwand im gegenläufig zweiflutigen Flachrohr mittig angeordnet ist, kann sich der rückfederungsfähige ausgewölbte Bogen des zweiten Außenrandes von der Schmalseite des Flachrohres bis zu dessen Mitte und vorzugsweise bei anschließender überlappender Verlötung noch deutlich darüber hinaus erstrecken, so daß die Federlänge mindestens die Hälfte der Breite der Breitseitenwand und in den meisten Fällen noch einer deutlich größeren Länge ent­ spricht. Bei allen Toleranzen wird ferner eine einwandfreie Verpreßung der Lötverbindungen an dem Überlappungsbereich der beiden Außenränder des Blechstreifens selbst dann gewährlei­ stet, wenn eine im Bereich der Überlappung vorgesehene Stufe eine größere Tiefe als die Materialstärke des Blechstreifens hat. Schließlich wird auch eine die Verlötung sicherstellende Verpressung der starren Stütze mit der den Überlappungsbe­ reich gegenüberliegenden (ersten) Breitseitenwand gewährlei­ stet.

Die Erfindung ist invariant demgegenüber formu­ liert, ob der Wärmetauscherblock erst für die Verlötung zu­ sammengestellt oder bereits verlötet ist. In bereits verlöte­ tem Zustand wird man im allgemeinen auch die federnden Vor­ spannungsverhältnisse vor der Verlötung durch Methoden der Werkstoffprüfung, nur beispielsweise durch Untersuchung von Materialschnitten, feststellen können, solange nicht beim Lötvorgang eine vollständige Austemperierung der vorhergehen­ den Spannungsverhältnisse erfolgt ist. Aber selbst dann wird man bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscherblock deshalb, weil ja ein Toleranzausgleich zwischen verschiedenen Flach­ rohren erfolgt, wenigstens an einem Flachrohr oder deren meh­ reren noch Reste der im unverlöteten Zustand vorhandenen fe­ dernden Vorspannung als ausgebeulte Abweichungen gegenüber der im Idealfall erfolgten Flachpressung erkennen können. Dies ist besonderer Gegenstand von Anspruch 2.

Die Erfindung setzt ferner, ohne daß dies hier ei­ ner vertieften Erläuterung bedarf, für den Normalfall voraus, daß die Verlötung dadurch erfolgt, daß das Blechteil 14 min­ destens in den jeweiligen Lötverbindungsbereichen mit Lot vorbeschichtet ist, meist sogar ganzflächig auf der betref­ fenden Seite. Das schließt nicht aus, im Sonderfall zur Aus­ führung der Erfindung gesondert Lot anzubringen.

Die Erfindung findet insbesondere Anwendung mit Flachrohren, die aus Blechteilen mit einer Materialstärke von 0,25 bis 0,5 mm gebildet sind.

Die beiden Lötverbindungen sind im jeweiligen Flachrohr des Wärmetauscherblocks im allgemeinen flächenhaft längs der einen und der anderen Breitseitenwand angeordnet. Die Ansprüche 4 und 5 zeigen hier zwei alternative und bei verschiedenen Flachrohren auch gemeinsam anwendbare Anord­ nungsmöglichkeiten einer starren Stütze, die in den beiden Fällen im Bereich ihrer Lötverbindung mit der ersten Breit­ seitenwand in der einen oder anderen Richtung noch fußartig abgeknickt ist.

Anspruch 6 knüpft im ersten Merkmal wieder an die zur Schaffung einer fluchtenden zweiten Breitseitenfläche üb­ liche Überlappung in einer Stufe an dieser Breitseitenfläche an, wie dies auch schon bei der deutschen Offenlegungsschrift 25 06 434 verwirklicht ist. Im zweiten Kennzeichnungsmerkmal wird dann für den Vorgang des Zusammenspannens des noch nicht verlöteten Wärmetauscherblocks eine definierte Anlagelinie in jedem Flachrohr geschaffen, von der gemäß der bevorzugten Weiterbildung nach Anspruch 7 nach außen hin ein Lötspalt ausgehen kann. Statt dessen könnte man auch über Rillen, War­ zen u. dgl. eine Strukturierung der Oberfläche im äußeren An­ schlußbereich an die linienförmige unmittelbare Abstützung vorsehen, um in Verbindung mit der bereits erfolgten Vorbe­ schichtung mit Lot Flußmittel für die Verlötung durch extra geschaffene Öffnungen oder durch einen freien Spalt am freien Ende der Überlappungszone einbringen zu können.

Die Besonderheit nach Anspruch 8 ist sowohl auf die zuletzt allgemein besprochenen Möglichkeiten als auch spezi­ ell auf die des Anspruchs 7 bezogen, mit dem Ziel, eine Lot­ anhäufung während des Verlötens in dem betreffenden Spalt zu vermeiden, welche zu einem Durchlegieren durch die Wandung des Flachrohres während des Lötvorgangs bei ungünstigen Um­ ständen führen könnte. Anspruch 10 zeigt schließlich eine in Kombination damit oder auch selbständig mögliche Besonderheit der Anordnung des zweiten Außenrandes in den Bereich, wo die­ ser direkt in einen Wasserkasten oder in einen umleitseitigen Verschluß, wie etwa eine Umleittasche, hineinragt. Dort soll der in Anspruch 8 angesprochene Abstand oder ein anderer ver­ gleichbarer Abstand vermieden werden, um eine sichere Abdich­ tung des Flachrohres gegen den Wasserkasten oder den erwähn­ ten umlenkseitigen Verschluß sicherzustellen. Anspruch 10 stellt dabei eine flächenhafte Abdichtung sicher.

Auch bei den relativ dünnen Blechteilen, für welche die Erfindung vor allem bestimmt ist, soll im Rahmen der Er­ findung allgemein der erste Außenrand des Blechteils eine starre Stütze bilden. In Übereinstimmung mit der DE-OS 25 06 434 und in grundsätzlicher Abweichung von der DE-32 16 140 C1 sieht Anspruch 9 hier eine optimierende Orientierung vor. Al­ ternativ oder auch in Übereinstimmung mit Anspruch 11 kann man die Starrheit auch durch eine Profilierung oder Prägung erhalten. Starrheit ist dabei nie als allgemeiner Begriff zu verstehen, sondern nur so, daß im Rahmen des Zusammenspannens des noch losen Wärmetauscherblocks zum zu verlötenden Block im Gegensatz zur DE 32 16 140 C1 eine konstant bleibende und nicht federnd nachgiebige Abstützung erreicht wird.

Wenn die rückfederungsfähige Aufwölbung der zweiten Breitseitenwand im Sinne der Erfindung bei allen Flachrohren des Wärmetauscherblocks vor dessen Verlötung und im noch nicht zusammengepreßten Zustand im selben Bereich des Wärme­ tauscherblocks, also jeweils eingangsseitig oder jeweils aus­ gangsseitig in bezug auf die spätere Luftführung der Umge­ bungsluft angeordnet ist, kommt es zu einer einseitigen fä­ cherartigen Aufspreizung des noch unverlöteten und uneinge­ spannten Wärmetauscherblocks, die manchmal Montageschwierig­ keiten machen kann.

Eine einfache Möglichkeit zur Kompensierung dieses Effekts zeigt Anspruch 12.

Eine weitere Möglichkeit, die alternativ oder in Verbindung mit Anspruch 12 vorgesehen sein kann, zeigt An­ spruch 13, wo auch der erste Außenrand des Blechstreifens in den federnden Toleranzausgleich mit einbezogen wird und somit die ganze Breite des noch nicht zusammengepreßten und verlö­ teten Flachrohres. In bezug auf die Erkennbarkeit dieser Maß­ nahme im bereits verlöteten Wärmetauscherblock gilt dasselbe, was zuvor diesbezüglich bei der Erörterung von Anspruch 1 ge­ sagt ist. Vorzugsweise gilt hier analog Anspruch 14, der in­ soweit Anspruch 2 entspricht.

Die Erfindung bezieht sich nicht nur auf den Wärme­ tauscherblock selbst, sondern auch noch auf ein bevorzugtes Herstellungsverfahren desselben. Dies ist Gegenstand von An­ spruch 15 mit der bevorzugten Weiterbildung gemäß Anspruch 16.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schemati­ scher Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen noch nä­ her erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Wärmetau­ scher im Bereich eines der Flachrohre unter besonderer Dar­ stellung des Wärmetauscherblocks;

Fig. 2 und 2a einen Querschnitt durch zwei alter­ native Ausführungsformen des Flachrohres;

Fig. 3 und 3a einen vergrößerten Detailschnitt durch ein Flachrohr im Bereich der Verrippung des Flachrohres durch die Zickzacklamellen (Fig. 3) bzw. im Anschlußbereich an einen Wasserkasten oder einen umlenkseitigen Verschluß (Fig. 3a);

Fig. 4 eine mögliche Blechabwicklung eines Flach­ rohres;

Fig. 5 einen Querschnitt durch einen in einer Löt­ vorrichtung eingespannten, noch nicht verlöteten Wärmetau­ scherblock und

Fig. 6 Einen Querschnitt durch ein Flachrohr mit gegenüber Fig. 2a alternativer Ausbildung der Aussparung der Trennwand.

Der schon in einen Wärmetauscher nach Fig. 1 einbe­ zogene Wärmetauscherblock 3 weist eine Reihe paralleler und ihrerseits gegenläufig zweiflutiger Flachrohre 2 auf, deren parallele Breitseitenwände sich gegenüber liegen und zwischen sich in nicht dargestellterweise Zickzacklamellen 7 ein­ schachteln. Die Zickzacklamellen 7 und die Flachrohre 2 sind miteinander zu dem Wärmetauscherblock 3 im fertigen Wärmetau­ scher durch ebenfalls nicht dargestelltes Aluminiumhartlot verlötet. Die Wandstärke der Flachrohre 2 beträgt in der Pra­ xis insbesondere 0,2 bis 0,6 mm. An die in gleicher Höhe an­ geordneten einen Enden der Flachrohre 2 ist ein Wasserkasten 9 angeschlossen. Die Trennwand 26 teilt den Wasserkasten 9 in eine eingangsseitige und in eine ausgangsseitige Flut, an die der Eintritt 30 und der Austritt 32 angeschlossen sind.

Die anderen Enden der Flachrohre 2 werden mit einem umlenkseitigen Rohrendenverschluß 34 flüssigkeitsdicht ver­ schlossen. Das Flachrohr 2 ist durch eine Trennwand 4 eben­ falls in zwei gegenläufige Fluten 6a und 6b aufgeteilt, die im Umlenkbereich durch eine Aussparung 8 der Trennwand 4 mit­ einander kommunizieren.

Zur Verbesserung der Wärmeübertragung sind in beide Fluten 6a, 6b des Flachrohres 2 Noppen 11 eingeprägt, die sich gemäß Fig. 2 zur Erhöhung der Druckfestigkeit gegenein­ ander abstützen und beim gemeinsamen Lötvorgang gegeneinander verlötet werden.

Die Trennwand 4 des Flachrohres 2 ist gemäß Fig. 2 durch Umbiegen nur eines ersten Außenrandes 12 des Blechteils 14 geformt. Dabei kann der die Aussparung 8 der Trennwand 4 bildende Ausschnitt 10 gemäß Fig. 4 bereits vor dem Umbiegen des Blechteils 14 vorgebildet sein.

Der Ausschnitt 10 ist dabei gemäß Fig. 2 so groß gewählt, daß zum einen ein ausreichend großer Überlappungsbe­ reich 16 entsteht und zum anderen eine Verbindung der gegen­ läufigen Fluten 6a und 6b mit möglichst geringem Druckverlust erreicht wird. Gemäß Fig. 2 wird der zur Trennwand 4 umgebo­ gene erste Außenrand 12 zunächst innerhalb des Flachrohres 2 in Anlage an den anderen zweiten Außenrand 12a gebracht und in einem Lötvorgang zusammen mit dem ganzen Wärmetauscher oder wenigstens Wärmetauscherblock 3 verlötet.

Weiterhin werden im Bereich der Trennwand 4 das freie Ende 22 des zur Trennwand 4 umgebogenen ersten Außen­ randes 12 in Anlage an die Innenseite der ersten Breitseiten­ wand 5a des Flachrohres 2 gebracht und beim gemeinsamen Löt­ vorgang verlötet.

In Fig. 2 hat dabei der zur Trennwand 4 umgebogene erste Außenrand 12 in den beiden die Lötverbindungen 24a und 24b ergebenden Anlagebereichen an den gegenüberliegenden Außenwänden 5a und 5b eine gegenläufige Orientierung, während in Fig. 2a eine gleiche Orientierung vorhanden ist.

Durch die gleiche Orientierung des zur Trennwand 4 umgebogenen Außenrandes 12 in den beiden Anlagebereichen an den gegenüberliegenden Außenwänden 5a und 5b gemäß Fig. 2a ist eine einfachere Herstellbarkeit gegeben, bei der der zur Trennwand 4 umgebogene erste Außenrand 12 durch einen Her­ stellvorgang mittels Rollen oder Prägen gefertigt werden kann.

Durch einen Winkel von ungefähr 90° zwischen der Trennwand 4 und den Breitseitenwänden 5a und 5b dient die Trennwand 4 als starre Stütze, die die Rohrdicke quer zur Luftrichtung auch beim Lötvorgang konstant hält und somit für ein konstantes Teilungsmaß zwischen den einzelnen Flachrohren 2 im Wärmetauscherblock 3 führt. Um eine geradlinige Anlage der Zickzacklamellen 7 an der zweiten Breitseitenwand Sb zu ermöglichen, die für eine einfache Form der Zickzacklamellen­ anlagefläche erforderlich ist, liegt der zweite Außenrand 12a im Überlappungsbereich 16 an einer zurückgesetzten Stufe 36 an, die im ersten Außenrand 12 der zweiten Breitseitenwand 5b eingeprägt ist. Um die bereits erwähnte geradlinige Anlage der Zickzacklamellen zu erhalten, ist die Stufe 36 um eine Materialstärke gegenüber der Breitseitenwand 5b zurückge­ setzt. In Fig. 2 sowie in Fig. 2a ist das Flachrohr 2 als Einzelteil im noch unverlöteten Zustand dargestellt. In die­ sem Zustand ist der zweite Außenrand 12a des Blechteils 14 über die Außenkontur des verlöteten Flachrohres 2 als nach außen aufgewölbtes federndes Element ausgebildet. Wird das Flachrohr 2 in einem Spannrahmen 50 vor dem Lötvorgang zusam­ men mit den sandwichartig eingeschachtelten Zickzacklamellen 7 auf eine konstante Rohrteilung verpreßt, so wird der Teil der zweiten Breitseitenwand 5b, der zwischen dem zweiten Außenrand 12a und der Schmalseite des Rohres 2 liegt und der im unverpreßten Zustand als aufgewölbtes federndes Element ausgebildet ist max. bis zum parallelen Verlauf mit der er­ sten Breitseitenwand 5a eingedrückt.

In diesem verpreßten Zustand liegen dann die Spit­ zen der Noppen 111 der ersten Breitseitenwand Sa an den Spit­ zen der Noppen der zweiten Breitseitenwand 5b an, so daß eine Verlötung erfolgen kann. Durch den von den Lamellen auf das aufgewölbte federnde Element ausgeübten Druck wird der zweite Außenrand 12a auf die Stufe 36 im ersten Außenrand 12 und so­ mit auf die als starre Stütze ausgebildete Trennwand 4 wei­ tergegeben, so daß beide zu verlötende Blechteile 14 in der unteren als auch in der oberen Lötstelle 24a, 24b sicher un­ ter Verpressung zumindest linienförmig aneinander anliegen. In Fig. 2 ist lediglich der linke Teil 40 der zweiten Breit­ seitenwand 5b als aufgewölbtes federndes Element ausgebildet, während der rechte Teil 42 der zweiten Breitseitenwand 5b parallel zur ersten Breitseitenwand 5a verläuft und damit keine Federwirkung zeigt. Aus diesem Grund sind auch die Nop­ pen 11 in Fig. 2 in diesem Bereich bereits im unverlöteten Zustand zwischen der ersten und zweiten Breitseitenwand Sa und 5b in Anlage. In Fig. 2a ist sowohl die linke als auch die rechte Hälfte 40, 42 der Breitseitenwand 5b als nach außen aufgewölbtes federndes Element ausgebildet. Dadurch wird einerseits der Anlagedruck des ersten Außenrandes 12 an der Innenfläche der ersten Breitseitenwand 5a größer als im Ausführungsbeispiel gem. Fig. 2 und zweitens zeigt der lose zusammengefügte Wärmetauscherblock 3 im unverpreßten Zustand keine auffächernde Wirkung, die bei einem Flachrohr gem. Fig. 2, bei dem nur die linke Hälfte 40 der Breitseitenwand 5b aufgewölbt ist, vorhanden ist. Durch die als starre Stütze ausgebildete Trennwand einerseits und die aufgewölbten linken bzw. rechten Hälften 40, 42 der Breitseitenwand 5b anderer­ seits wird während des Lötvorgangs immer eine sichere Anlage der beiden zu verlötenden Blechteile in den Lötstellen 24a und 24b erreicht, auch wenn, wie in Fig. 2a dargestellt, keine Noppen 11 vorhanden sind.

Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Detailschnitt durch das Flachrohr 2 im Bereich der Aussparung 8 im verlöteten Zu­ stand, jedoch ohne Darstellung der an die Breitseitenwände Sa und Sb angelöteten Zickzacklamellen 7. Um eine weitere Erhö­ hung der Prozeßsicherheit der Verlötung zu erreichen, ist die Stufe 36 so ausgebildet, daß der zweite Außenrand 12a linien­ förmig an den Übergang der Stufe 36 in die Trennwand 4 an­ liegt und ausgehend von der linienförmigen Anlage im Bereich der Überlappungszone 16 zwischen der Stufe 36 und dem zweiten Außenrand 12a ein vorzugsweise keilförmig öffnender Lötspalt 44 vorhanden ist. Der Lötspalt dient im unverlöteten Zustand als Speicher für ein von außen und/oder innen zugeführtes Flußmittel.

Im Bereich der Verrippung mit Zickzacklamellen 7 hat der zweite Außenrand 12a des Blechteils 14 einen Abstand in Richtung der Breitseitenwand von mehr als einer halben Wandstärke zum Übergang von der Stufe 36 des ersten Außenran­ des 12 in die rechte Hälfte 42 der Breitseitenwand Sb.

Durch den relativ großen Zwischenraum 46 wird ein kapillares Ansaugen von Lotmaterial z. B. vom Rohrboden ver­ hindert, so daß auch bei ungünstigen Lötbedingungen keine Durchlegierung des Grundmaterials in diesem Bereich auftreten kann, da kein übermäßiges lokales Lotangebot vorhanden ist.

Fig. 3a zeigt einen vergrößerten Detailschnitt durch ein Flachrohr 2 im Bereich des Rohrbodens im Wasserka­ sten 9 bzw. im Bereich des umlenkseitigen Verschlusses 34. In diesen Zonen ist es wichtig, daß das in einen Kragen im Rohr­ boden eingesteckte Flachrohr 2 umlaufend linienförmig am Kra­ gen anliegt, so daß eine einwandfreie Lötverbindung entsteht. Dies wird dadurch erreicht, daß in diesen Bereichen ein zu­ sätzlicher abdichtender Verlängerungssteg 48 am Ende des zweiten Außenrandes 12a angebracht ist, der bis an den Über­ gang der rechten Hälfte 42 der Breitseitenwand 5b an die Stufe 36 heranreicht. Der Abstand zwischen dem abdichtenden Verlängerungssteg 48 und dem Übergang der Stufe 36 in die rechte Hälfte 42 der Breitseitenwand 5b muß, um eine einwand­ freie Lötung zu erreichen, kleiner als 0,2 mm sein. Aus die­ sen Gründen ist es sinnvoll, die freie Kante des zweiten Außenrandes 12a komplementär zur Neigung des beschriebenen Übergangs von der Stufe 36 in die rechte Hälfte 42 der Breit­ seitenwand auszubilden.

In Fig. 4 ist der Ausschnitt 10, der für die Aus­ sparung 8 der Trennwand 4 vorgesehen ist, bereits in der Pla­ tine vorgebildet, bevor der erste Außenrand 12 zur Trennwand 4 geformt wird. Alternativ hierzu ist auch denkbar, daß der Ausschnitt 10 auch nach dem Ausprägen der erforderlichen Bie­ gungen für die Trennwand 4 sowie die Stufe 36 gestanzt wird. Dies bedeutet, daß zunächst entsprechend den Biegelinien 15 die Trennwand 4 sowie die Stufe 36 am ersten Außenrand 12 an­ geformt wird, bevor die Ausstanzung 10 erfolgt. Zur Abstüt­ zung der beiden Breitseitenwände 5a und 5b des Flachrohres 2 kann im Bereich des Rohrendenverschlusses 34 der die Trenn­ wand 4 bildende Außenrand 12 verbleiben.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch einen zwischen zwei Spannbacken 50 eingespannten Wärmetauscherblock 3 vor dem Lötvorgang. Um eine sichere linienförmige Verlötung der Zickzacklamellen 7 mit der Breitseitenwand 5 der Flachrohre zu erhalten, wird das lose gefügte Lamellenpaket bestehend aus Flachrohren 2 und sandwichartig eingeschachtelten Zick­ zacklamellen 7 durch die Spannbacken 50 auf ein konstantes Teilungsmaß zwischen den Flachrohren 2 gespannt.

Die Toleranzen, die in Spannrichtung sowohl bei den Zickzacklamellen 7 als auch bei der Dicke der Flachrohre 2 auftreten, werden dabei durch die nach außen aufgewölbte Kon­ tur der linken und/oder rechten Hälfte 40, 42 der Breitsei­ tenwand 5b des Flachrohres aufgenommen.

In Fig. 5 sind nur Flachrohre 2 dargestellt, deren linke Hälfte 40 der Breitseitenwand 5b als ein nach außen aufgewölbtes federndes Element ausgebildet ist, während die rechte Hälfte 42 ohne Auswölbung bezeichnet ist.

Fig. 5 zeigt dabei den Toleranzfall, bei dem die Lamellenhöhe 7 und die Dicke der Flachrohre 2 ein Minimalmaß annehmen.

Dies zeigt sich in Fig. 5 dadurch, daß auf der lin­ ken Hälfte 40 der Breitseitenwand 5b noch ein Auswölbungsrest 52 vorhanden ist.

Der Auswölbungsrest 52 ist im Praxisfall in der Mitte zwischen den Spannbacken 50 größer und ist im Bereich der äußeren Rohre, die direkt an den Spannbacken 50 anliegen können, durch die dort auftretenden höheren Kräfte nahezu null. Durch die herstellungsbedingten Toleranzen in der Dicke der Flachrohre sowie in der Höhe der Lamellen 7 liegt der zur Aufnahme der Toleranzen erforderliche verbleibende Auswöl­ bungsrest 52 bei weniger als 0,2 mm, so daß die Lamelle 7 über den gesamten Bereich der Breitseitenwand 5b am Flachrohr 2 anliegt, da Abstände von 0,2 mm zwischen der Lamelle 7 und der zweiten Breitseitenwand 5b, die im Bereich der rechten Hälfte 42 der Breitseitenwand 5b vorhanden sind, durch für das Löten erforderliches Flußmittel überbrückt werden. Fig. 5 zeigt auch, daß selbst bei größeren Toleranzen in der Einprä­ gungstiefe der Stufe 36 immer eine sichere Anlage zwischen dem zweiten Außenrand 12a und der Stufe 36 sowie zwischen dem ersten Außenrand 12 und der Innenfläche der ersten Breitsei­ tenwand 5a durch die auf das federnde Element ausgeübte Kraft erzielt wird.

Um insbesondere bei Herstellung des Flachrohres 2 mittels "Rollen" auf den die Aussparung 8 der Trennwand 4 bildenden Ausschnitt 10 verzichten zu können, ist gemäß Fig. 6 die Trennwand 4 im Bereich der Aussparung 8 so aufgebogen, daß das freie Ende 22 des ersten Außenrandes 12 parallel an der Innenfläche der zweiten Breitseitenwand 5b anliegt, so daß die gegenläufigen Fluten 6a und 6b bis auf die Blechstärke des freien Endes 22 ungedrosselt miteinander kom­ munizieren. Um ein Einfallen des Flachrohres 2 beim Einpres­ sen z. B. in eine als Rohrendenverschluß 34 dienende Einsteck­ tasche zu vermeiden, ist im Bereich der Einstecktiefe in der Umlenktasche die Trennwand 4 nicht aufgebogen.

Bezugszeichenliste

2 Flachrohr
3 Wärmetauscherblock
4 Trennwand
5 Breitseitenwände
5a erste Breitseitenwand
5b zweite Breitseitenwand
6a
6b gegenläufige Fluten
7 Zickzacklamellen
8 Aussparung
9 Wasserkasten
10 Ausschnitt
11 Noppen
12 erste Außenrand (Trennwandseite)
12a zweite andere Außenrand
14 Blechteil
15 Biegelinien
16 Überlappungsbereich
18 Führungsrillen
21 Flußmittel
22 freies Ende des Flachrohres
24a untere Lötstelle
24b obere Lötstelle Wand
26 Trennwand WAKA
28 Stirnseiten des Flachrohres
30 Eintritt
32 Austritt
34 Rohrendenverschluß
36 Stufe im ersten Außenrand
38 Spannrahmen
40 linke Hälfte der Breitseitenwand
42 rechte Hälfte der Breitseitenwand
44 Lötspalt
46 Zwischenraum
48 abdichtender Verlängerungssteg
50 Spannbacken
52 Auswölbungsrest.

Claims (16)

1. Wärmetauscherblock (3) für Wärmetauscher für Kraft­ fahrzeuge, insbesondere für Heizungswärmetauscher oder Motor­ kühler und insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumle­ gierung, mit einem Paket mit breitseitenparallelen zweifluti­ gen Flachrohren (2) und zwischen den Außenflächen von deren beiden Breitseitenwänden (5a, 5b) und gegebenenfalls auch au­ ßenseitig sandwichartig geschachtelten Zickzacklamellen (7), die untereinander verlötet werden, wobei das jeweilige Flach­ rohr (2) mit einer Trennwand (4) versehen ist, welche im Flachrohr (2) die beiden benachbarten gegenläufigen Fluten (6a, 6b) voneinander trennt und durch Verbiegen eines das Flachrohr (2) bildenden Blechteils (14) gebildet ist, das insbesondere mit einem die Aussparung (8) der Trennwand (4) bildenden Ausschnitt (10) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß im jeweiligen Flachrohr (2) die Trennwand (4) durch Umbiegen nur eines ersten Außenrandes (12) des Blech­ teils (14) als starre Stütze geformt ist, die zwischen der Innenfläche der ersten Breitseitenwand (5a) des Flachrohres (2), welche von einem mittleren Bereich des Blechteils (14) gebildet ist, und der Innenfläche des anderen zweiten Außen­ randes (120) des Blechteils (14), welcher von der einen Schmalseite des Flachrohres an der zweiten Breitseitenwand (Sb) des Flachrohres (2) mindestens bis über die Trennwand (4) ragt, jeweils eine Lötverbindung (24a, 24b) bildet, und daß der zweite Außenrand (12a) des Blechteils (4) im noch unverlöteten Zustand als über die Außenkontur des verlöteten Flachrohres (2) nach außen aufgewölbtes federndes Element ausgebildet ist, welches im verlöteten Zustand gegen die als Trennwand (4) dienende starre Stütze gespannt ist und diese gegen die Innenfläche der ersten Breitseitenwand (5a) preßt.

2. Wärmetauscherblock (3) nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im verlöteten Zustand bei mindestens einem Flachrohr (2) im Rahmen des Toleranzausgleichs noch ein zwei­ ter Außenrand (12) des Blechteils (14) mit einem Auswölbungs­ rest (52) seiner Vorspannung ausgebildet ist.

3. Wärmetauscherblock (3) nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß bei mindestens einem Flachrohr (2) der erste Außenrand (12) des Blechteils (14) im Bereich der beiden Lötverbindungen (24a, 24b) mit den Breitseitenwänden (5) des Flachrohres (2) gegenläufige Orientierung hat.

4. Wärmetauscherblock (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens einem Flachrohr (2) der erste Außenrand (12) des Blechteils (14) im Bereich der beiden Lötverbindungen (24a, 24b) mit den Breit­ seitenwänden (5) des Flachrohres (2) gleichsinnige Orientie­ rung hat.

5. Wärmetauscherblock (3) nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Anordnungsbereich der Aussparung (8) der Trennwand (4) der erste Außenrand (12) des Blechteils (14) ausschnittfrei ausgebildet ist und mindestens teilweise in der Ebene verbleibt, in welcher das Blechteil (14) zunächst an dem die zweite Breitseitenwand (5b) des Flachrohres (2) bildenden zweite Außenrand (12a) des Blechteils (14) anliegt.

6. Wärmetauscherblock (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens einem Flachrohr (2) der erste Außenrand (12) eine in der Größenordnung der Wandstärke des Blechteils (14) nach innen zurückgesetzte Stufe (36) gegen­ über der zweiten Breitseitenwand (Sb) bildet, welche von dem zweiten Außenrand (12a) überlappt ist, und daß im verlöteten Zustand der zweite Außenrand (12a) des Blechteils (14) des jeweiligen Flachrohres (2) li­ nienförmig an dem Übergang der Stufe (36) in die Trennwand (4) anliegt.

7. Wärmetauscherblock (3) nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei dem jeweiligen Flachrohr (2) auγehend von der linienförmigen Anlage in der Überlappungszone (16) an der Stufe (36) zwischen dem ersten und dem zweiten Außenrand (12, 12a) ein, sich vorzugsweise keilförmig öffnender, Lötspalt (44) ausgebildet ist.

8. Wärmetauscherblock (3) nach Anspruch 6 oder 7, da­ durch gekennzeichnet, daß im Anschlußbereich der Flachrohre (2) an die Zick-Zack-Lamellen (7) der zweite Außenrand (12a) des Blechteils (14) mit Abstand von mehr als einer halben Stärke des Blechteils vom Übergang der zweiten Breitseiten­ wand (5b) in die Stufe (36) endet.

9. Wärmetauscherblock (3) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschlußbereich der Flachrohre (2) an den Rohrboden eines Wasserkastens (9) und/oder an einen umlenkseitigen Verschluß (34) der zweite Außenrand (12a) mit einem abdichtenden Verlängerungssteg (48) bis an den Übergang der zweiten Breitseitenwand (5b) in die Stufe (36) heranreicht.

10. Wärmetauscherblock (3) nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die freie Kante des zweiten Außenrands (12a) komplementär zur Neigung des Übergangs geformt ist.

11. Wärmetauscherblock (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (4) recht­ winkelig zu den beiden Breitseitenwänden (5) des jeweiligen Flachrohres (2) orientiert ist.

12. Wärmetauscherblock (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Außenränder (12a) des Blechteils (14) bei den jeweiligen Flachrohren (2) unter Wechsel, vorzugsweise abwechselnd, einlaßseitig und ausgangsseitig in Bezug auf den Wärmetauscherblock (3) an­ strömende Umgebungsluft angeordnet sind.

13. Wärmetauscherblock (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß auch der an den ersten Außenrand (12) anschließende Bereich (42) des Blechteils (14), der zur Bildung der zweiten Breitseitenwand (5b) bei­ trägt, als über die Außenkontur des verlöteten Flachrohres (2) nach außen aufgewölbtes federndes Element ausgebildet ist, welches im unverlöteten Zustand die starre Stütze gegen die Innenfläche der ersten Breitseitenwand (5a) preßt.

14. Wärmetauscherblock (3) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß im verlöteten Zustand bei mindestens ei­ nem Flachrohr (2) im Rahmen des Toleranzausgleichs noch ein an den ersten Außenrand (12) anschließender Bereich des Blechteils (14), der zur Bildung der zweiten Breitseitenwand (5b) beiträgt, mit einem Auswölbungsrest (52) seiner Vorspan­ nung ausgebildet ist.

15. Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauscherblocks (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeich­ net, daß der Wärmetauscherblock (3) vor dem Löten auf ein fe­ stes Teilungsmaß der Parallelanordnung der Flachrohre (2) zu­ sammengedrückt und in diesem Zustand verlötet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der die Aussparung (8) der Trennwand (4) des jeweiligen Flachrohres (2) bildende Ausschnitt (10) des Blechteils (14) vor dem Umbiegen des Blechteils (14) oder während des Umbie­ gens zur Formung der Trennwand (4) vorgebildet wird.