DE19605340A1 - Wärmeübertrager und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit parallel und im Abstand zueinander angeordneten Flachrohren, insbesondere einen Ölkühler für Kraftfahrzeugmotoren, dessen Flachrohre im Bereich ihrer Enden mit Verbindungsöffnungen zu benachbarten Flachrohren versehen und durch an ihren Stirnenden vorgesehe­ ne Einsätze geschlossen sind. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Wärmeübertragers.

Es sind Wärmeübertrager dieser Art bekannt (US-A-4 745 967), die vorzugsweise als Verdampfer für Fahrzeugklimaanlagen ver­ wendet werden. Bei diesen Bauarten sind die Flachrohre an beiden Enden durch Kappen verschlossen, die dem Querschnitt der Flachrohre angepaßt topfförmig ausgebildet sind und mit ihren Rändern an den Rohrwandungen anliegen. Diese Kappen sind dabei im Bereich außerhalb der Verbindungsöffnungen zu benachbarten Flachrohren angeordnet.

Es hat sich gezeigt, daß Schwierigkeiten bei solchen Bauarten dadurch auftreten, daß bedingt durch die Toleranzen und durch die Neigung der Flachrohre, sich an ihren Seitenwänden etwas aufzubauchen, durch das Andrücken dieser Seitenwände an die Ränder der Kappen Spalte zwischen den Kappen und den Rohrwan­ dungen an den Schmalseiten auftreten, die zu Schwachstellen bei der Verlötung werden können. Flachrohrwärmeübertrager dieser Bauart sind daher insbesondere dann nicht brauchbar, wenn hohe Innendrücke verwirklicht werden sollen, wie das beispielsweise bei modernen Ölkühlern von Kraftfahrzeugmoto­ ren der Fall ist.

Es ist zwar auch bekannt (EP 0 444 595 B1), Flachrohre da­ durch abzudichten, daß man die Rohrenden falzt und ihnen eine in Längsrichtung des Falzes verlaufenden Wellenkontur gibt. Auch solche Verschlüsse sind jedoch nicht in allen Fällen druckfest genug und machen unter Umständen auch wegen der Verformung der Rohrenden gesondere Maßnahmen beim Zusammenbau mehrerer Flachrohre erforderlich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wärme­ übertrager der eingangs genannten Art so auszubilden, daß mit einfachen Mitteln eine hohe Druckfestigkeit und Dichtheit er­ zielt wird, die nicht die Gefahr einer Verformung der Flach­ rohre in ihren Endbereich mit sich bringt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Wärmeübertrager der eingangs genannten Art vorgesehen, daß die Einsätze als mas­ sive Einschiebeteile ausgebildet und die Wandungen der Flach­ rohre mindestens an den Schmalseiten gegen die Einschiebetei­ le verstemmt sind.

Durch diese Ausgestaltung werden die Einsätze als Formstücke ausgenützt, welche die Endform der Flachrohre an ihren Enden vorgeben. Diese Einschiebeteile liegen auch mit großen Flä­ chen an den inneren Rohrwandungen an, erhöhen daher die Fe­ stigkeit der Rohre im Endbereich und gewährleisten eine dich­ te und dauerhafte Verlötung. Unerwünschte Spaltbildungen zwi­ schen den Einschiebeteilen und den Rohrwandungen werden aus­ geschlossen.

In Weiterbildung der Erfindung können die Wandungen an den Schmalseiten wellenförmig nach innen gedrückt sein. Dies er­ gibt eine gute Anlage der gegeneinander gepreßten Teile.

Die Einschiebeteile können in Weiterbildung der Erfindung im wesentlichen U-förmig ausgebildet sein und zwei an den Wan­ dungen der Flachrohre anliegende Schenkel aufweisen, deren Länge größer als der Abstand der Verbindungsöffnungen vom Rohrende ist, während der von den Schenkeln umfaßte Ein­ schnitt in den Bereich der Verbindungsöffnung hereinreicht. Diese Ausgestaltung macht es möglich, daß die Einschiebeteile ihre Abstützungs- und Formgebungswirkung auch noch verhält­ nismäßig weit in den Innenbereich der Rohre hinein ausüben. Der Bereich der anzudrückenden Schmalseiten wird damit größer und damit auch die Gewähr für eine dichte Verlötung und für eine hohe Stabilität. Dennoch wird der Zufluß des zu kühlen­ den oder kühlenden Mediums in den Innenraum der Flachrohre nicht behindert. Der Einschnitt zwischen den Schenkeln kann sogar noch strömungstechnisch günstig ausgebildet sein.

In vorteilhafter Weiterbildung kann vorgesehen sein, daß die Flachrohre durch Ringe oder Scheiben mit Öffnungen, die im Bereich der Verbindungsöffnungen angeordnet sind, auf Abstand gehalten werden, wobei Anschlüsse für das Kühlmedium oder für zu kühlende Medium an einem der außenliegenden Flachrohre vorgesehen sind und an dem anderen außenliegenden Flachrohr eine Abdeckplatte anliegt. Diese kann schließlich im Bereich der Verbindungsöffnungen des an ihr anliegenden Flachrohres mit Auswölbungen versehen sein, die teilweise in die zugeord­ neten Verbindungsöffnungen hereinragen und diese verschlie­ ßen. Eine einfache Bauweise eines Wärmeübertragers kann da­ durch geschaffen werden.

Für das Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers der erfindungsgemäßen Art kann in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung vorgesehen werden, daß zunächst die Einschiebeteile in die offenen Flachrohrenden eingeführt und positioniert werden, daß dann die Seitenwände der Flachrohre plan gedrückt und zur Anlage an den Wänden der Einschiebeteile gebracht werden, während die Schmalseiten der Flachrohre nach innen gegen die Außenseite der Schenkel der Einschiebeteile ge­ stemmt werden. Als Werkzeuge zum Verstemmen der Schmalseiten können dabei vorteilhaft Druckstempel mit gewellten Druckkan­ ten vorgesehen werden.

Bei einem solchen Verfahren ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung möglich, alle Flachrohre unter Zwischenfügung der als Abstandshalter dienenden Ringe oder Scheiben aufein­ anderzustapeln und mit der oberen und unteren Abdeckplatte zu versehen, die so gestapelten Teile in Richtung der Achsen der Verbindungsöffnungen zusammenzudrücken und dann auf die Schmalseiten der Flachrohre Verstemmungskräfte auszuüben, die senkrecht zu der Richtung der Zusammendrückkräfte verlaufen, ehe das so geschaffenen Paket einem Lötofen zugeführt wird. Durch eine solche Vorgehensweise, die zum Zusammenstellen des Flachrohrwärmetauschers vor dem Löten ohnehin nötig ist, kann man die Seitenwände der Flachrohre, wie eingangs erwähnt, aus ihrer zunächst gewölbten Form plan drücken und dann den sich an den Schmalseiten bildenden Spalt durch das Verstemmen der Schmalseiten der Rohre beseitigen.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Einfügevorganges eines Einschiebeteiles nach der Erfindung in das of­ fene Ende eines Flachrohres,

Fig. 2 die Teile der Fig. 1 im zusammengesteckten und posi­ tionierten Zustand während des Verstemmvorganges,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Ausgangslage von Flachrohr und Einschiebeteil im zusammengesteckten Zustand,

Fig. 4 die Darstellung des folgenden Vorganges zum Plandrücken der Seitenwände des Flachrohres und des Verstem­ mens der Schmalseiten,

Fig. 5 die schematische Darstellung eines aus Flachrohren ähnlich jenen der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Art aufgebauten Ölkühlers, und

Fig. 6 die Draufsicht auf den Ölkühler der Fig. 5.

In den Fig. 1 und 2 ist ein offenes Ende eines Flachrohres (1) gezeigt, das insbesondere aus einem entsprechend gefalte­ ten und verschweißten Aluminiumblech bestehen kann, das in bekannter Weise beidseitig lotplattiert ist. Das offene Ende (1a) des Flachrohres (1) wird, wie in Fig. 2 gezeigt, mit ei­ nem Einschiebeteil (2) verschlossen, das in Richtung des Pfeiles (3) in das offene Ende (1a) eingeschoben wird, bis die Endfläche (2a) in etwa mit dem Rand des Flachrohres (1) fluchtet. In dieser, auch in Fig. 2 dargestellten Lage, fluchten auch zwei Öffnungen (4) in dem Einschiebeteil (2) mit entsprechenden Öffnungen (5) im Flachrohr. Das als massi­ ves Aluminiumteil ausgebildete Einschiebeteil ist im wesent­ lichen U-förmig aufgebaut und besitzt zwei nach dem Einschie­ ben an den Schmalseiten (1b) des Flachrohres (1) anliegende Außenkanten von Schenkeln (6), deren Abmessungen, wie auch die Abmessungen des übrigen Einschiebeteiles (2), den Innen­ abmessungen des Flachrohres (1) so angepaßt sind, daß sich der Einschiebeteil (2) ohne weiteres in die offene Seite (1a) des Flachrohres (1) einführen läßt. Das Flachrohr (1) besitzt im Bereich seines offenen Endes (1a) und im Bereich der bei­ den Öffnungen (5) eine Verbindungsöffnung (7), die durchge­ hend ist und die, wie später noch erläutert werden wird, den Anschluß des Flachrohres (1) an benachbarte Flachrohre ermög­ licht, die parallel zum Flachrohr (1) und im Abstand dazu ausgerichtet sind.

Das Einschiebeteil (6) besitzt einen Einschnitt (8), der von den beiden Schenkeln (6) symmetrisch eingerahmt wird. Dieser Einschnitt (8) ist so ausgebildet, daß er mit seiner der End­ seite (2a) zugewandten Rundung mit der zur offenen Seite (1a) gerichteten Rundung der Verbindungsöffnung (7) zusammenfällt, wenn das Einschiebeteil (2) seine Endposition gemäß Fig. 2 eingenommen hat. Der Einschnitt (8) geht über Seitenwandungen (9) zu den Schenkeln (6) über, die strömungstechnisch so ge­ staltet sind, daß dem durch die Verbindungsöffnung (7) in das Flachrohr (1) eintretenden Medium kein Widerstand entgegenge­ setzt wird und auch die Bildung von toten Ecken vermieden ist. Die Öffnungen (4 und 5) dienen, wie noch erläutert wer­ den wird, als Öffnungen zur Aufnahme von Verbindungselementen von mehreren Flachrohren (1).

Die Fig. 2, 3 und 4 lassen nun erkennen, daß man zur Her­ stellung einer dichten Verbindung zwischen dem Einschiebeteil (2) und dem Flachrohr (1) gewisse Maßnahmen vornehmen muß. Die Fig. 3 zeigt - allerdings übertrieben gezeichnet - die Form des Flachrohres (1) bei eingeschobenem Einschiebeteil (2) in der Ausgangslage. Die beiden Seitenwände (10) des Flachrohres (1) weisen eine Wölbung gegenüber dem Einschiebe­ teil (2) auf, die sich in der Bildung von Zwischenräumen (11) auf beiden Seiten des Einschiebeteiles (2) äußert. Da das Einschiebeteil (2) mit dem Flachrohr (1) verlötet werden soll, drückt man daher gemäß Fig. 4 diese Seitenwände (10) des Flachrohres (1) im Sinn der Pfeile (12) gegen die planen Seitenwände des Einschiebeteiles (2). Die dadurch bedingte Bildung von Spalten (13) im Bereich der Schmalseiten (1b) des Flachrohres wird dadurch verhindert, daß man mit Druckstem­ peln (14) seitlich im Sinn der Pfeile (15) gegen die Schmal­ seiten (1b) drückt und die Flachrohre (1) so im Bereich ihrer Schmalseiten gegen den Einschiebeteil (2) verstemmt. Die Druckstempel (14) können zu diesem Zweck zweckmäßig mit einer gewellten Druckkante (16) versehen sein, die auch eine wel­ lenartigen Verformung an den Schmalseiten des Flachrohres (1) und damit eine gute Anlage von Teilbereichen der Schmalseiten an den Schenkeln (6) des Einschiebeteiles (2) gewährleistet. Spalte, die anschließend die Verlötung zwischen Flachrohr (1) und Einschiebeteil (2) beeinträchtigen können, werden auf diese Weise vermieden.

Die Fig. 5 und 6 zeigen, allerdings in einer hinsichtlich der Anordnung der Verbindungsöffnungen (7) und der Befestigungs­ öffnungen (5) gegenüber den Flachrohren der Fig. 1 und 2 ab­ gewandelten Ausführungsform, einen Wärmeübertrager nach der Erfindung, bei dem mehrere Flachrohre (1) zu einem Pakte so übereinandergestapelt sind, daß die Breitseiten der Flachroh­ re jeweils parallel zueinander ausgerichtet sind. Die Flach­ rohre (1) werden dabei durch Scheiben (17) auf Abstand zuein­ ander gehalten, die mit Öffnungen korrespondierend zu den Verbindungsöffnungen (7) versehen und entsprechend jeweils an den Rohrenden positioniert sind. Zwischen den Flachrohren (1) können in bekannter Weise auch Wellrippen (18) gehalten wer­ den, die jeweils die von einem der Wärmetauschmedien durch­ strömten Spalte zwischen den Flachrohren (1) ausfüllen. Das so gebildete Flachrohrpaket wird oben durch eine obere Ab­ deckplatte (19) mit den Abmessungen der Flachrohre (1), die in Fig. 6 zu sehen ist, und unten durch eine untere Abdeck­ platte (20) abgeschlossen, die beim Ausführungsbeispiel Aus­ wölbungen (21) aufweist, die jeweils so in die nicht näher gezeigten Verbindungsöffnungen (7) des unteren Flachrohres (1) von einer Seite her hereinragen, daß eine Seite der Ver­ bindungsöffnungen (7) dicht abgeschlossen ist. Nicht gezeigt sind Anschlußstutzen an der oberen Abdeckplatte (19), die an deren Öffnungen (70) angesetzt sind, welche wiederum mit den Verbindungsöffnungen (7) der Flachrohre (1) fluchten. Glei­ ches gilt für die Öffnungen (50) in der oberen Abdeckplatte (19), die mit den Öffnungen (5) der Flachrohre (1) und den Öffnungen (4) der Einschiebeteile (2) sowie mit nicht näher gezeigten Öffnungen der als Abstandshalter wirkenden Platten (17) fluchten. Das so aufgebaute Paket von Flachrohren gemäß Fig. 5 kann durch Verbindungselemente zusammengehalten wer­ den, die durch die Öffnungen (50) geführt sind. Hierbei kön­ nen dann die Andrückkräfte im Sinn der Pfeile (12) der Fig. 4 ausgeübt werden. Das seitliche Verstemmen aller Schmalseiten der aufeinandergestapelten Flachrohre (1) läßt sich durch entsprechend groß gestaltete Druckwerkzeuge bewerkstelligen, die im Sinn der Pfeile (15) wirken. Das so vorbehandelte Flachrohrpaket kann dann in einen Lötofen gegeben werden.

Claims (9)

1. Wärmeübertrager mit parallel und im Abstand zueinan­ der angeordneten Flachrohren (1), insbesondere Ölkühler für Kraftfahrzeug-Motoren, dessen Flachrohre im Bereich ihrer En­ den mit Verbindungsöffnungen (7) zu benachbarten Flachrohren versehen und durch an ihren Stirnenden vorgesehene Einsätze geschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsätze als massive Einschiebeteile (2) ausgebildet und die Wandungen der Flachrohre (1) mindestens an den Schmalseiten (16) gegen die Einschiebeteile (2) verstemmt sind.

2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Wandungen an den Schmalseiten (16) wellenförmig nach innen gedrückt sind.

3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Einschiebeteile (2) im wesentlichen U-för­ mig ausgebildet sind und zwei an den Wandungen der Flach­ rohre (1) anliegende Schenkel (6) aufweisen, deren Länge grö­ ßer als der Abstand der Verbindungsöffnungen (7) vom Rohrende (1a) ist, während der von den Schenkein (6) begrenzte Ein­ schnitt (8) in den Bereich der Verbindungsöffnung (7) herein­ reicht.

4. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, das der Einschnitt (8) strömungstechnisch gün­ stig ausgebildete Seitenwände (9) aufweist.

5. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 2 und 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Flachrohre (1) durch Ringe oder Scheiben (17) mit Öffnungen, die im Bereich der Verbindungs­ öffnungen (7) angeordnet sind, auf Abstand gehalten sind, wo­ bei Anschlüsse für das Kühlmedium an einem der außen liegen­ den Flachrohre vorgesehen sind und an dem anderen außen lie­ genden Flachrohr eine Abdeckplatte (20) anliegt.

6. Wärmeübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Abdeckplatte (20) im Bereich der Verbindungsöff­ nungen (7) des an ihr anliegenden Flachrohres (1) mit Auswöl­ bungen (21) versehen ist, die teilweise in die zugeordneten Verbindungsöffnungen (7) hereinragen und diese verschließen.

7. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zunächst die Einschiebeteile (2) in die offenen Flachrohrenden (1a) eingeführt und positioniert werden, daß dann die Seitenwände (10) der Flachrohre plan gedrückt und zur Anlage an den Wänden der Einschiebeteile (2) gebracht werden, während die Schmalseiten (16) der Flachrohre (1) nach innen gegen die Außenseite der Schenkel (6) der Einschiebe­ teile (2) gestemmt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkzeuge zum Verstemmen der Schmalseiten (1b) Druck­ stempel (14) mit gewellten Druckkanten (16) verwendet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß alle Flachrohre (1) unter Zwischenfügung der als Ab­ standshalter dienenden Ringe oder Scheiben (17) aufeinander­ gestapelt und mit der oberen und unteren Abdeckplatte (19 bzw. 20) versehen werden, daß die so gestapelten Teile in Richtung (12) der Achsen der Verbindungsöffnungen (7) zusam­ mengedrückt und dann auf die Schmalseiten (1b) der Flachrohre (1) Verstemmkräfte (15) senkrecht zu der Richtung (12) der Zusammendrückkräfte ausgeübt werden, ehe das so geschaffene Paket dem Lötofen zugeführt wird.