DE19723878A1 - Wärmeübertrager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager bestehend aus mehreren Flachrohren, deren offene Enden zur Bildung von Teilabschnitten der Kühlmittelkästen aufgeweitet und mit An­ lageflächen mit Durchgangsöffnungen unmittelbar an benachbar­ ten Flachrohren angelegt, sowie an der offenen Seite mit ei­ nem dichten Abschluß versehen sind.

Wärmeübertrager dieser Bauart sind aus der DE-A 36 22 953 oder aus der DE-A 37 01 865 bekannt. Bei diesen bekannten Bauarten hat man die Rohrenden zu etwa rechteckigen Kästen aufgetulpt und deren größere Seitenflächen mit Durchgangsöff­ nungen versehen, so daß die Flachrohre, wenn sie mit ihren aufgeweiteten Endabschnitten aneinandergelegt werden, zwi­ schen sich Platz zur Aufnahme von Rippenlamellen lassen. Die­ se Bauarten vermeiden das sonst notwendige Einlegen von Zwi­ schenringen zwischen den Rohrenden (EP-A 01 06 479) und er­ lauben daher einen relativ einfachen Aufbau der eingangs ge­ nannten Wärmeübertrager. Bei den bekannten Bauarten hat man die offenen Seiten der aufgetulpten Endkästen der Flachrohre jeweils durch eingesetzte Deckel verschlossen, so daß auf diese Weise nach dem Aneinanderlegen der Flachrohre ein durchgehender Kühlmittelkasten gebildet ist und zum anderen aber auch die Gewähr dafür gegeben wird, daß die aufgetulpten Kästen am Ende der Flachrohre formstabil sind und die Paral­ lelität der Anlageflächen mit den Durchgangsöffnungen nicht verlieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau von Wär­ meübertragern der genannten Bauart noch weiter zu vereinfa­ chen. Die Erfindung besteht zur Lösung dieser Aufgabe darin, daß bei einem Wärmeübertrager der eingangs genannten Art der dichte Abschluß der offenen Rohrenden durch über die Anlage­ flächen hinausragende Wandteile der Flachrohrenden gebildet ist, die nach innen umgekantet, aneinandergelegt und unter­ einander verbunden sind.

Dieser Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß auf die zusätzliche Anordnung von Deckeln zum Abschluß der aufge­ tulpten Rohrenden verzichtet werden kann, wenn man den aufge­ tulpten Bereich wesentlich größer als bisher ausführt und die über den Bereich der Anlageflächen mit den Durchgangsöffnun­ gen hinausragenden Wandteile dann zur Bildung des Abschlusses verwendet. Diese Überlegung löst sich von der bisherigen Auf­ fassung, daß man eine Auftulpung von Flachrohren wegen der damit verbundenen Gefahr des Einreißens der Rohre aufgrund der Materialdehnung nur so kurz wie möglich, bzw. gerade so lange wie erforderlich ausführt und bringt dadurch den Vor­ teil mit sich, daß keine gesondert anzufertigenden Deckeltei­ le als Abschluß der Auftulpungen mehr vorgesehen werden müs­ sen. Die Erfindung setzt sich auch über die an sich bestehen­ den Befürchtungen hinweg, daß die Maßhaltigkeit der später an benachbarte Flachrohre anzulegenden Anlageflächen, insbeson­ dere ihre parallele Ausrichtung, durch die Verformung der an die Anlageflächen anschließenden Wandteile nachteilig beein­ flußt werden kann. Es hat sich gezeigt, daß sich der dichte Abschluß durch die entsprechenden Wandteile der längeren Auf­ tulpung ohne nachteilige Beeinflussung der Abmessungen der später zum Kühlmittelkasten aneinanderzulegenden Bereiche vornehmen läßt.

In Weiterbildung der Erfindung können die über die Anlageflä­ chen hinausragenden Wandteile eine Länge aufweisen, die min­ destens der Hälfte der Breite der Teilabschnitte der Kühlmit­ telkästen, gegebenenfalls zuzüglich der für eine Überlappung oder Falzbildung erforderlichen Abmessung entspricht. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, wie später noch ausgeführt wer­ den wird, die Flachrohre für die Wärmeübertrager nach der Er­ findung auf verschiedene Weise herzustellen, nämlich entweder dadurch, daß die überstehenden Wandteile etwa um 90° nach in­ nen geknickt und stumpf aneinandergelegt miteinander verbun­ den werden, insbesondere verschweißt. Es bleibt aber auch die Möglichkeit, die Wandteile noch länger auszubilden, sie nach dem Knicken überlappen zu lassen und in dieser Form zu ver­ binden. In beiden Fällen können die an den schmalen Seiten­ flächen der aufgetulpten Endkästen der Flachrohre entstehen­ den Falten der Außenwand umgeknickt und in die Fläche der zu­ geordneten Seite des aufgeweiteten kastenförmigen Auftulpung hereingeklappt werden.

Möglich ist es natürlich auch, die überstehenden Wandteile nach innen zu klappen, etwa in der Mittelebene der Flachrohre flach aneinanderzulegen und sie dann zu einem dichten Falz zu formen, wie das bei anderen Ausgestaltungen von Wärmetau­ schern (EP 04 44 595 B1) an sich bekannt ist.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung der Flachrohre für den Wärmeübertrager nach der Erfindung und sieht in einer ersten Ausgestaltung vor, daß zur Herstellung eines Flachrohres, wie es im Anspruch umrissen ist, die über die Anlageflächen überstehenden Wandteile unter Ausknickung der zu ihnen quer verlaufenden Außenwände des aufgeweiteten Bereiches aneinandergelegt und gegebenenfalls zu einem Falz umgelegt und dann verbunden werden. Es hat sich in Weiterbil­ dung dieser Erfindungsidee als sehr zweckmäßig erwiesen, daß die vor dem Aneinanderlegen und Falzen nach innen eingeknick­ ten Wandteile zusätzlich längs einer parallel zur Endkante verlaufenden Geraden so eingeknickt werden, daß die Endab­ schnitte wieder nach außen verlaufen. In Weiterbildung dieser Ausgestaltung können die vom Knick aus nach außen gerichteten Teile danach flach aneinandergelegt und zu dem Falz umgekan­ tet werden.

Zur Herstellung einer anderen Art eines dichten Abschlusses können erfindungsgemäß die Wandteile aber auch zunächst um 90° geknickt und dann mit ihren freien Kanten stumpf aneinan­ dergelegt und verschweißt werden wobei, wie bereits vorher ausgeführt, die quer zu ihnen verlaufenden Außenwandteile nach außen geknickt und dann in die Fläche der Aufweitung eingefaltet werden können.

Es ist schließlich auch möglich, die Wandteile um ca. 90° zu knicken und mit ihren Enden sich überlappend aufeinanderzule­ gen, wobei auch in diesem Fall die quer zu ihnen verlaufenden Außenwandteile nach außen geknickt und in die Fläche der ka­ stenförmigen Aufweitung gefaltet werden.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen dargestellt und wird im nachfolgenden erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Stirnseitenan­ sicht eines neuen Wärmeübertragers nach der Erfindung in Richtung der Ebene I-I der Fig. 2,

Fig. 2 die Teildarstellung einer Frontansicht des Wärmeüber­ tragers der Fig. 1 in Richtung des Pfeiles II gese­ hen,

Fig. 3 die stark vergrößerte Darstellung des Endbereiches der für die Herstellung des Wärmeübertragers nach den Fig. 1 und 2 verwendeten Flachrohre, in deren Endbe­ reich,

Fig. 4 einen Endbereich eines erfindungsgemäß zu formenden Flachrohres in einer Ansicht von der Schmalseite her,

Fig. 5 den Schnitt durch die Auftulpung des Flachrohres der Fig. 4,

Fig. 6 die Draufsicht auf das Flachrohr der Fig. 4,

Fig. 7 die nächste Verformungsstufe des in Fig. 4 gezeigten, aufgetulpten Endbereiches zur Herstellung eines obe­ ren Abschlusses mit Hilfe eines Falzes,

Fig. 8 bis 9, die weiteren Verformungsschritte des Abschluß­ bereiches,

Fig. 10 den fertigen Endbereich des Flachrohres nach den Fig. 4 bis 9,

Fig. 11 die Ansicht des Endbereiches der Fig. 10 in Richtung des Pfeiles XI gesehen,

Fig. 12 eine Darstellung, ähnlich Fig. 3, jedoch mit einer an­ deren Art des Abschlusses der Rohrauftulpung und

Fig. 13 schließlich eine weitere Variante des Abschlusses der Rohrauftulpung.

Die Fig. 1 und 2 lassen erkennen, daß zur Bildung eines Wär­ metauschers mehrere Flachrohre 1 vorgesehen sind, die mit ih­ ren größeren Seitenflächen 2 parallel und im Abstand zueinan­ der ausgerichtet sind und jeweils in dem Zwischenraum zwi­ schen zwei benachbarten Flachrohren 1 wellrippenartige Einla­ gen 3 aufnehmen, die in bekannter Weise zur Erhöhung des Wär­ meüberganges zwischen einem durch die Spalte und die Wellrip­ pen 3 zwischen benachbarten Flachrohren 1 hin durchgehenden Wärmetauschermedium und einem die Flachrohre 1 durchströmen­ dem Wärmetauschermedium beitragen.

Die Flachrohre 1 sind, um in dieser Weise angeordnet zu wer­ den, jeweils an ihren Enden mit kastenförmigen Aufweitungen 4 versehen, die durch eine Auftulpung der zunächst offenen Rohrenden der Flachrohre 1 entstanden sind. Diese Aufweitun­ gen 4 sind, wie insbesondere auch Fig. 3 entnommen werden kann, etwa kastenförmig ausgebildet und mit parallel zueinan­ der verlaufenden Anlageflächen 6 versehen, von denen eine in der Fig. 11 zur Verdeutlichung gestrichelt dargestellt ist. In diesem Bereich der Anlageflächen 6 sind in den Seitenwän­ den Durchgangsöffnungen 5 so angeordnet, daß die Durchgangs­ öffnungen 5 benachbarter Flachrohre zueinander fluchten und somit einen durchgehenden Kühlmittelkasten 7 bilden, von dem in den Fig. 2 und 3 nur ein Teil gezeigt ist. In diesen Kühl­ mittelkasten 7 kann eines der beiden am Wärmeübergang betei­ ligten Medien seitlich durch einen Stutzen 8 eingeführt und in bekannter Weise aus dem Wärmeübertrager nach Durchströmen der Flachrohre 1 durch einen weiteren Anschlußstutzen 9 wie­ der herausgeführt werden.

Wie dargestellt, sind die die Anlageflächen 6 bildenden Sei­ tenteile der Aufweitungen 4 durch Wandteile 9 weiter nach oben verlängert, die aus der Anlagefläche 6 nach innen je­ weils zur Mittelebene 11 des Flachrohres 1 hereingeknickt und dann untereinander durch einen Falz 10 verbunden sind. Der Kühlmittelkanal 7 und jeder Teilabschnitt desselben, der durch die Aufweitung 4 gebildet ist, ist dadurch dicht nach außen geschlossen.

Die Fig. 3 zeigt im Gegensatz zur Darstellung der Fig. 2 zum einen noch eine Seitenwand 12 des Wärmetauschers und eine et­ was andere Form der Verbindungsfalze 10, auf die es aber im einzelnen nicht ankommt.

Die Fig. 4 bis 11 dienen zur Erläuterung des Verformungsvor­ ganges der Flachrohre, wie sie zur Herstellung des Wärmeüber­ tragers nach den Fig. 1 bis 3 vorgesehen sind.

Man kann erkennen, daß zunächst die Aufweitung 4 der Flach­ rohre durch Auftulpen der Flachrohrenden hergestellt wird. Die Fig. 4 macht dabei aber deutlich, daß die Auftulpung über eine Länge erfolgt, die der in Richtung der Mittelebene 11 gemessenen Länge der Anlageflächen 6 und der später zur Falz­ bildung eingesetzten Wandteile 9 entspricht. Die Fig. 5 läßt die von den Seitenwänden der Flachrohre 1 gebildeten Anlage­ flächen 6 erkennen und Fig. 6 das obere Ende der Wandteile 9.

Die Fig. 4 zeigt auch noch, daß die kastenförmige Aufweitung 4 aus dem Flachrohrquerschnitt über schräge Wandteile 13 in die späteren Anlageflächen 6 übergeht, die unter einem Winkel α zu den Anlageflächen 6 und zu den größeren Seitenwänden der Flachrohre 1 geneigt sind. Dieser Winkel beträgt beim Ausführungsbeispiel 45° Er kann natürlich je nach Verfor­ mungseigenschaften des zur Herstellung der Flachrohre 1 ver­ wendeten Materials, vorzugsweise Aluminium, variieren.

Fig. 7 zeigt, daß in einem ersten Verfahrensschritt zur Her­ stellung der geschlossenen Aufweitung 4 die Wandteile 9 um erste Knickkanten 14 jeweils parallel zur Längsmittelebene 11 um einen bestimmten Winkel nach innen eingeknickt und um zweite, wiederum parallel zu den Knickkanten 14 verlaufende Knickkanten 15 wieder nach außen geknickt werden, so daß ihre Enden 9a keilförmig auseinanderstreben.

Diese so geformten Enden 9a werden dann gemäß Fig. 8 jeweils auf die gemeinsame Mittelebene 11 zueinander geklappt, wobei sich die den Schmalseiten der Flachrohre 1 zugewandten Außen­ wandteile zu etwa dreieckförmigen Lappen (s. Fig. 11) verfor­ men. Im vorletzten Verfahrensschritt nach Fig. 9 werden die Wandteile 9 flach aneinander gelegt, so daß sie sich in der Mittelebene 11 berühren. Ein Teil der Wandteile 9 zwischen den Knickkanten 14 und 15 verläuft dann etwa unter dem glei­ chen Winkel α, wie er in Fig. 4 schon eingezeichnet ist.

Die nach Fig. 9 flach aneinandergelegten Wandteile 9 werden dann nach Fig. 10 zu dem endgültigen Falz 10 umgefalzt, der einen dichten Abschluß der Aufweitung 4 bringt, die somit ei­ nen Teilabschnitt des Kühlmittelkanals 7 bilden kann.

Die Fig. 12, in der im übrigen die gleichen Bezugszahlen ver­ wendet worden sind wie in Fig. 3, soweit gleiche Teile be­ troffen sind, zeigt, daß der obere dichte Abschluß der Auf­ weitungen 4 der Flachrohre 1 auch dadurch bewirkt werden kann, daß man die über die Anlageflächen 6 hinausragenden Wandteile 9 der Auftulpung nur mit einer Länge versieht, die etwa der Hälfte der Breite b der Auftulpung 4 entspricht, und daß man die so gestalteten Wandteile 9 mit ihren Endkanten 9b stumpf aneinanderlegt und beispielsweise dicht verschweißt. Bei einem solchen Vorgehen wird ein Einknicken der Wandteile 9 außerhalb der Anlageflächen 6 um einen Winkel β von etwa 90° erforderlich. Diese Ausgestaltung kann den Vorteil auf­ weisen, daß die stumpf aneinanderliegenden Wandteile 9 der gegenüberliegenden Anlageflächen 6 auch für eine Abstandssi­ cherung, d. h. also für die Parallelität der Anlageflächen 6 sorgen, wenn sie entsprechend genau bemessen sind. Bei diesem Umknickvorgang entstehen, ebenso wie im vorhergeschilderten Fall dreieckförmige Lappen 16' an den quer zu den Anlageflä­ chen 6 verlaufenden Außenwände. Diese Lappen 16' lassen sich in die nicht dargestellte Außenfläche der Auftulpung 4 ein­ klappen und an ihrer Berührungsstelle 17 untereinander durch den gleichen Vorgang verbinden, der schon zum Verbinden der stumpf aneinanderliegenden Kanten 9b der Wandteile 9 einge­ setzt wurde.

Die Fig. 13 zeigt eine weitere Abwandlung insofern, als hier die Wandteile 9 länger als im Fall der Fig. 12 ausgebildet sind und daher nach dem Umlegen um den Winkel β sich gegen­ seitig überlappen. Auch in diesem Fall entstehen dreieckför­ mige Lappen 16'' an den quer zu den Anlageflächen 6 verlau­ fenden Außenwänden, die sich aber ähnlich wie im Fall der Fig. 12 in die Fläche der Aufweitung 4 umklappen und dort be­ festigen lassen.

Durch die Erfindung ist daher eine Möglichkeit geschaffen, auf die Anfertigung und die Montage zusätzlicher Deckelteile zum Abschluß der Rohrauftulpungen zu verzichten.

Claims (12)

1. Wärmeübertrager, bestehend aus mehreren Flachrohren (1), deren offene Enden zur Bildung von Teilabschnitten der Kühl­ mittelkästen (7) aufgeweitet und mit Anlageflächen (6) mit Durchgangsöffnungen (5) unmittelbar an benachbarten Flachroh­ ren angelegt, sowie an der offenen Seite mit einem dichten Abschluß versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der dich­ te Abschluß durch über die Anlageflächen (6) hinausragende Wandteile (9) der Flachrohrenden gebildet ist, die nach innen umgekantet, aneinandergelegt und untereinander verbunden sind.

2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandteile (9) eine Länge aufweisen, die mindestens der Hälfte der Breite (b) der Teilabschnitte (4) der Kühlmit­ telkästen (7), gegebenenfalls zuzüglich der für eine Überlap­ pung oder Falzbildung erforderlichen Abmessung entspricht.

3. Verfahren zur Herstellung von Flachrohren für einen Wärme­ übertrager nach den Ansprüchen 1 oder 2, die an ihren Enden zur Bildung von Teilabschnitten der Kühlmittelkästen (7) mit Aufweitungen (4) sowie mit Anlageflächen (6) mit Durchgangs­ öffnungen versehen sind, die an benachbarten Flachrohren an­ legbar sind, sowie mit über diese Anlageflächen (6) hinausra­ genden Wandteilen (9), die zur Bildung eines äußeren Ab­ schlusses nach innen umgekantet aneinandergelegt und unter­ einander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandteile (9) unter Ausknickung der zu ihnen quer verlaufen­ den Außenwände des aufgeweiteten Bereiches (4) aneinanderge­ legt und untereinander dicht verbunden werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandteile (9) nach dem Aneinanderlegen zu einem Falz (10) ge­ formt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandteile vor dem Aneinanderlegen und Falzen um eine Knick­ kante (14) zur Längsmittelebene (11) hin eingeknickt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandteile (9) längs einer parallel zu einer Endkante der Rohrenden verlaufenden Geraden (14) eingeknickt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandteile (9) um eine weitere Knickgerade (15), die par­ allel zur Geraden (14) verläuft, nach außen ausgeknickt wer­ den.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Knickgeraden (15) aus nach außen gerichteten En­ den (9a) der Wandteile (9) flach aneinandergelegt und dann zu einem Falz umgekantet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandteile (9) um einen Winkel β von etwa 90° nach innen geknickt, mit ihren freien Kanten (9b) stumpf aneinanderge­ legt und verschweißt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die quer zu den freien Kanten (9b) verlaufenden Außenwandtei­ le nach außen geknickt und in Form von Lappen (16') in die Fläche der Aufweitung geklappt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandteile (9) um einen Winkel β von etwa 90° nach innen geknickt und mit ihren Enden sich überlappend aufeinander ge­ legt und dann verbunden werden.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die quer zu den sich überlappenden Enden verlaufenden Außen­ wandteile nach außen geknickt und in Form von Lappen (16'') in die Fläche der Aufweitung (4) eingefaltet werden.