DE19755037A1 - Wärmeübertrager und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, bestehend aus mehreren paketartig aufeinandergeschichteten Scheibenkörpern, die in beiden Seitenwänden mit kreisförmigen und untereinan­ der fluchtenden Verbindungsöffnungen zu benachbarten Schei­ benkörpern versehen und durch die Verbindungsöffnungen umge­ bende Stutzen auf Abstand zueinander gehalten sind.

Wärmeübertrager dieser Art sind bekannt (DE-U 88 16 155). Bei diesen bekannten Bauarten sind die Scheibenkörper aus zwei Halbschalen aufgebaut, die am Rand zusammengefalzt und verlö­ tet werden. Im Bereich der Verbindungsöffnungen ist jeweils ein aus den Halbschalen nach außen herausgeprägter ringförmi­ ger Rand vorgesehen, der die Verbindungsöffnungen umgibt und der als Stutzen einerseits zum Anschluß an den benachbarten Scheibenkörper, zum anderen aber auch zur Aufrechterhaltung des Abstandes zwischen den Scheibenkörpern dient, der bei der bekannten Bauart aber auch noch durch zusätzliche, noppenar­ tige und nach außen abstehende Ausprägungen aufrechterhalten wird, die sich an entsprechende Ausprägungen des benachbarten Scheibenkörpers anlegen.

Die Herstellung von Scheibenkörpern aus solchen halbschalen­ förmigen Teilen, die anschließend ringsum umgefalzt und mit­ einander verlötet werden müssen, ist relativ aufwendig.

Es ist zwar auch bekannt (DE 35 00 571 A1), Motorölkühler da­ durch herzustellen, daß man die Scheibenkörper aus beidseitig offenen Flachrohren herstellt, die in seitliche Schlitze von dosenartigen Endteilen eingeschoben werden, wobei diese Do­ senteile mit senkrecht zu der Längsachse der Flachrohre ver­ laufenden Verbindungs- und Anschlußöffnungen versehen sind. Auch diese Art der Herstellung, bei der allerdings keine Halbschalen ringsum dicht verbunden werden müssen, ist wegen der Notwendigkeit, die dosenartigen Abschlußkörper zweiteilig aufzubauen, auch noch aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertra­ ger der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Her­ stellung möglichst einfach ist, dennoch aber die Gewähr für die Dichtheit gegeben ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Wärmeübertrager der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die Stutzen als unab­ hängige Zwischenringe auszubilden und die Scheibenkörper aus Flachrohren aufzubauen, deren offene Ende durch einen Falz verschlossen sind, wobei eine der Verbindungsöffnungen als ein Langloch ausgebildet ist, dessen Öffnungsquerschnitt zu­ mindest auf einer Seite den Kreisquerschnitt der gegenüber­ liegenden Verbindungsöffnung überragt.

Durch diese Ausgestaltung entsteht auf der Innenseite des später als Scheibenkörper dienenden Flachrohres im Bereich der kreisförmigen Verbindungsöffnung ein von der anderen Ver­ bindungsöffnung aus zugängiger Abstützrand, der dazu ausge­ nützt werden kann, den Bereich der Verbindungsöffnung während des Falzvorganges zum Schließen der noch offenen Rohrenden vollkommen unbeeinflußt von den Falzvorgängen zu halten. Es wird auf diese Weise möglich, die unmittelbare Umgebungsflä­ che der Verbindungsöffnung plan zu halten, ohne daß diese zu weit vom Falzrand entfernt angeordnet werden müssen. Die als Abstandshalter dienenden Zwischenringe können dicht an die Flachrohre angesetzt und dort verlötet werden. Es wird durch die Abstützung aber auch möglich, die lichte Weite des Flach­ rohres, jedenfalls in unmittelbarer Nachbarschaft der Verbin­ dungsöffnungen auf dem ursprünglichen Maß zu halten, so daß durch den Falzvorgang, der sonst zu einer Abflachung des Rohrquerschnittes führen würde, keine Nachteile hinsichtlich des ausnützbaren Wärmeübertragungsraumes eingehandelt werden.

In Weiterbildung der Erfindung kann das Langloch den Kreis­ querschnitt auf der zum Falz hin liegenden Seite überragen und so bemessen sein, daß sich eine sichelförmige Fläche als Abstützfläche ergibt. In Weiterbildung der Erfindung wird da­ bei das Langloch auf der Seitenwand des Flachrohres vorgese­ hen, die beim Falzvorgang nicht zur anderen Seitenwand hin abgeknickt wird und den inneren Teil des späteren Falzes bil­ det. Das Langloch ist daher auf der Seitenwand angeordnet, die bis zum Falzrand gerade durchgeführt ist und erst dort um die Kante der anderen Seitenwand herumgefalzt ist.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung ei­ nes Scheibenkörpers für den vorher erwähnten Wärmeübertrager, bei dem die offenen Enden eines Flachrohres durch je einen Falz verschlossen und in beide Seitenwände im Bereich der noch offenen Enden untereinander fluchtende Paare von Verbin­ dungsöffnungen eingestanzt werden. Das neue Verfahren besteht darin, daß jeweils eine der Verbindungsöffnungen jedes Paares mit einem größeren Querschnitt als die gegenüberliegende aus­ gestanzt wird, und daß durch die größere Öffnung hindurch ein Abstützwerkzeug geführt und an die Innenseite des gegenüber­ liegenden Teiles des Umfanges der kleineren Verbindungsöff­ nung angelegt wird, ehe die beiden offenen Enden durch je ei­ nen Falz verschlossen werden.

In Weiterbildung dieses Verfahrens kann die größere Öffnung die Form eines Langloches mit einer Breite aufweisen, die dem Durchmesser der gegenüberliegenden kreisrunden Öffnung ent­ spricht, wobei das Langloch die gegenüberliegende Öffnung in Richtung zum offenen Rohrende etwas überragt, so daß das Ab­ stützwerkzeug sich an den sichelförmigen Teil der Innenwand am Umfang der gegenüberliegenden Öffnung anlegt.

In Weiterbildung der Erfindung kann zur Durchführung dieses Verfahrens eine Vorrichtung vorgesehen werden, die mit einer Einspannanordnung für die Flachrohre, einer Stanzeinrichtung und einer Falzeinrichtung zum Falzen der offenen Rohrenden versehen ist. Die Einspannvorrichtung weist dabei einen stop­ fenartigen Anschlag als Abstützwerkzeug auf, dessen Abmessun­ gen einen Teilbereich des Langloches sowie der Tiefe des Flachrohres angepaßt sind und der an seiner freien Oberseite einen der Materialdicke des Flachrohres entsprechenden Ansatz aufweist, der dem Durchmesser der kreisförmigen Verbindungs­ öffnung entspricht und koaxial zu dieser angeordnet ist.

Durch diese Vorrichtung kann jedes Flachrohr vor dem Ver­ schließen lagerichtig eingespannt und gehalten werden, wobei der stopfenartige Anschlag außer als Abstützwerkzeug auch als Anschlag zur Lagesicherung dient. Dadurch daß er, jedenfalls auf einer Seite (der Falzseite), an den Rand der Verbindungs­ öffnung anstößt, kann das Flachrohr vor dem Falzen auch in seiner Längsrichtung exakt ausgerichtet werden.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Explosionsdarstellung eines Wär­ meübertragers nach der Erfindung,

Fig. 2 die vergrößerte Ansicht eines der Scheibenkörper des Wärmeübertragers nach Fig. 1 in Richtung des Pfeiles II der Fig. 1 von unten gesehen,

Fig. 3 eine vergrößerte Teildarstellung des Schnittes III-III durch Fig. 2,

Fig. 4 die Ansicht einer Einspannvorrichtung zur Herstel­ lung der Scheibenkörper nach Fig. 1,

Fig. 5 die Draufsicht in Richtung der Pfeile V auf einen Teil der Einspannvorrichtung nach Fig. 4,

Fig. 6 den Schnitt durch die Vorrichtung der Fig. 4 in Richtung der Schnittlinie VI-VI und

Fig. 7 die vergrößerte Darstellung eines in die Vorrich­ tung der Fig. 4 beim Falzvorgang zum Verschließen der Rohrenden eingespannten Flachrohres, das einen der Scheibenkörper nach Fig. 1 bildet.

Die Fig. 1 läßt erkennen, daß mehrere Scheibenkörper 1 da­ durch zu dem neuen Wärmeübertrager zusammengefügt werden, daß sie jeweils unter Zwischenfügung eines Zwischenringes 2 pa­ ketartig aufeinandergeschichtet und in an sich bekannter Wei­ se durch einen Lötvorgang abgedichtet untereinander verbunden werden. Jeder Scheibenkörper 1 besteht dabei aus einem Flach­ rohr 3, das an seinen Enden durch einen Falz 4 geschlossen ist und im Bereich jedes Falzes mit Verbindungsöffnungen 5 bzw. 6 versehen ist, die jeweils paarweise im wesentlichen fluchtend zu Achsen 7 bzw. 8 ausgerichtet sind, welche je­ weils beim fertigen Wärmeübertrager die Achsen der gemeinsa­ men Zuführung 9 für das zu kühlende Medium, beispielsweise Motoröl, und für die gemeinsame Abführung in Richtung des Pfeiles 10 des jeweils durch die einzelnen Scheibenkörper 1 und, wie mit 1' angedeutet ist, durch weitere Scheibenkörper bilden. Bei dem auf diese Weise gebildeten Scheibenwärmeüber­ trager sind die einzelnen, die Scheibenkörper 1 bildenden Flachrohre 3 durch die Zwischenringe 2 untereinander verbun­ den, die wiederum an der die Öffnungen 5 bzw. 6 umgebenden Fläche der zugeordneten Seitenwand des Flachrohres 3 plan an­ liegen, um eine dichte Verbindung zu erreichen.

Die Fig. 2 und 3 zeigen, daß die dem Betrachter der Fig. 1 nicht zugewandten Öffnungen 6 auf der Unterseite jedes der Flachrohre 3 einen größeren Querschnitt als die in der oberen Seitenwand angeordneten Öffnungen 5 aufweisen. Die Öffnungen 6 besitzen die Form eines Langloches, das jeweils von der Achse 7 bzw. 8 aus zum jeweiligen Falz 4 hin gegenüber der Öffnung 5 so versetzt ist, daß ein sichelförmiger Querschnitt 11 entsteht, um dessen Fläche die Öffnung 6 größer als die kreisrunde Öffnung 5 ist. Zu diesem Zweck muß das Langloch, das die Öffnung 6 bildet, eine Breite aufweisen, die dem Durchmesser der Öffnung 5 entspricht. Die Länge des Langlo­ ches ist, wie Fig. 2 erkennen läßt, nur wenig größer als der Durchmesser der Öffnung 5.

Wie die Fig. 3 dabei zeigt, ist die in Fig. 2 sichtbare si­ chelförmige Fläche 11 auf der Innenseite der in Fig. 1 oberen Seitenwand 12 des Flachrohres 3 gebildet und diese Fläche 11 kann daher, wie noch erläutert werden wird, als eine Abstütz­ fläche für das Flachrohr 3 bei der Herstellung des Falzes 4 verwendet werden, um ein Einbeulen oder Einknicken der Sei­ tenwand 2 beim Falzvorgang im Bereich der Öffnung 5 zu ver­ hindern. Zu diesem Zweck kann, wie insbesondere die Fig. 7 zeigt, von der in der Seitenwand 13 des Flachrohres 3 vorge­ sehenen Öffnung 6 aus ein Werkzeug eingeführt werden, das sich an der sichelförmigen Fläche 11 abstützt.

Die Fig. 3 macht im übrigen aber auch deutlich, daß die lang­ lochförmige Öffnung 6 in der Seitenwand 13 des Flachrohres 3 angeordnet wird, die bei der Bildung des Falzes 4 nicht abge­ knickt, sondern lediglich zur Falzbildung mit ihrem äußeren Rand umgebogen wird. Die Seitenwand 12 dagegen wird zur Bil­ dung des Falzes zunächst an der Stelle 14 abgeknickt, so daß der Rand der Seitenwand 12 auf der Innenseite der Seitenwand 13 zu liegen kommt. Dann wird erst der Umfalt- und Falzvor­ gang eingeleitet. Es wird daher deutlich, daß dann, wenn bei dem Abknickvorgang der Seitenwand 12 eine Abstützung an der Fläche 11 vorliegt, zum einen eine deutliche Abknickung ohne Verformung der weiteren Teile der Seitenwand 12 erreicht wer­ den kann, daß aber durch eine solche Abstützung auch der lichte Innenraum 15 des Flachrohres 3 unverändert bis in den Bereich der Abknickung 14 weitergeführt werden kann. Wie ohne weiteres erkennbar wird, kann dadurch der Innenraum 15 des Flachrohres 3 bis kurz vor dem Falz 4 für die Wärmeübertra­ gung ausgenützt werden.

Die Fig. 4 zeigt eine Einspannvorrichtung, die erfindungsge­ mäß dafür eingesetzt wird, eine Abstützung an der Fläche 11 beim Falzvorgang, d. h. beim Verschließen der zunächst noch offenen Rohrenden der Flachrohre 3 zu erreichen.

Die Vorrichtung der Fig. 4 besteht aus einer Klammer mit ei­ nem oberen Querbalken 16 und einem unteren Querbalken 17, die untereinander durch zwei Schrauben 17 verbunden sind, mit de­ ren Hilfe sie parallel zueinander und aufeinander zu ver­ stellbar sind. Der untere Querbalken 16 ist dabei in seiner Mitte mit einem stopfenartigen Anschlag 18 versehen, der aus einem oberen zylindrischen Ansatz 19 mit der Achse 20 und aus einem unteren Absatz 21 besteht, der exzentrisch zur Achse 20 nach einer Seite von dem zylindrischen Ansatz 19 vorsteht. Die Höhe h des Ansatzes 19 entspricht dabei der Materialstär­ ke der Wände 12 und 13 des Flachrohres 3. Dieser Absatz 21 bildet mit dem Absatz 19 einen sichelförmigen Trennabsatz 22, dessen Größe der vorher erwähnten sichelförmigen Fläche 11 an der Innenseite der Seitenwand 12 des Flachrohres 3 ent­ spricht. Man kann diese sichelförmige Trennfläche 22 in ein­ facher Weise dadurch bilden, daß man die Achse 23 des über den Ansatz 19 vorstehenden Halbzylinders um das Maß a gegen­ über der Achse 20 versetzt.

Die aus der Fig. 5 ersichtliche Gesamtquerschnittfläche des Absatzes 21 entspricht dabei der Querschnittsfläche des Lang­ loches 6. Der Durchmesser des zylindrischen Absatzes 19 ent­ spricht dem Durchmesser der Öffnung 5. Die Einspannvorrich­ tung der Fig. 4 wird daher bei der Herstellung der Scheiben­ körper 1 durch das formschlüssige Eingreifen der Absätze 21 und 19 in das Langloch 6 bzw. in die kreisförmige Öffnung 5 gegenüber dem Flachrohr fixiert. Da die Vorrichtung der Fig. 4 ortsfest gehalten werden kann, wird das Flachrohr 3 zur Herstellung des Falzes 4 in der Vorrichtung der Fig. 4 in ei­ ner eindeutigen Lage fixiert, die es erlaubt, ein weiteres Werkzeug zur Herstellung des Falzes 4 dem unteren Querbalken 16 so zuzuordnen, daß dieser mit seiner Kante 16a als An­ schlag für das - nicht gezeigte - Falzwerkzeug dienen kann.

Die Fig. 7 läßt dabei erkennen, daß man zur Herstellung der Scheibenkörper 1 jeweils ein Flachrohr 3 dadurch in der Spannvorrichtung der Fig. 4 fixiert, daß man es zunächst flach zwischen die beiden Querbalken 15 einschiebt, bis der Stopfen 18 mit seinen Ansätzen 21 und 19 durch die Öffnungen 6 bzw. 5 von unten durchtritt und das Flachrohr so fixiert. Der obere Querbalken 15 wird dann nach unten gefahren, bis er auf der Seitenwand 12 des Flachrohres 3 aufliegt. Die Seiten­ wand 13 des Flachrohres liegt auf dem unteren Querbalken 16 auf. Das Flachrohr muß daher entsprechend in die Vorrichtung nach Fig. 4 eingelegt werden. Wenn das Flachrohr auf die ge­ schilderte Weise eingespannt ist - es kann vorher in bekann­ ter Weise noch mit einer Turbulenzeinlage versehen werden - dann wird der Falz 4 zunächst durch Abkanten der Seitenwand 12 an der Stelle 14 und dann durch Hoch- und Umkanten sowie Zusammendrücken in Richtung der Pfeile 24 gebildet. Während des ganzen Vorganges des Abknickens und Falzens stützt sich dabei die sichelförmige Fläche 22 (Fig. 5) des als Abstütz­ werkzeug dienenden Stopfens 18 an der Innenfläche 11 der Sei­ tenwand 12 ab, so daß der die Öffnung 5 umgebende Bereich bei der Falzbildung nicht verformt wird und eben bleibt.

Diese Ausgestaltung und diese Art der Herstellung bewirkt da­ her, daß die Zwischenringe 2 plan auf die die Öffnungen 5 und 6 umgebenden Teile der Rohrwände 12 und 13 aufgelegt und da­ her auch dicht mit diesen Wänden verlötet werden können.

Durch die Erfindung wird daher in einfacher Weise die Her­ stellung eines Scheibenkörpers 1 aus einem Flachrohr 3 ermög­ licht, ohne daß es notwendig wird, die Verbindungsöffnungen 5 und 6 in einem relativ großen Abstand zum Falz 4 anzuordnen, um eine ebene Auflagefläche für die Zwischenringe 2 zu ge­ währleisten.

Claims (8)

1. Wärmeübertrager, bestehend aus mehreren paketartig aufeinandergeschichteten Scheibenkörpern (1), die in beiden Seitenwänden mit kreisförmigen und untereinander fluchtenden Verbindungsöffnungen (5, 6) zu benachbarten Scheibenkörpern versehen und durch die Verbindungsöffnungen umgebende Stutzen auf Abstand zueinander gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Stutzen als Zwischenringe (2) ausgebildet sind und die Scheibenkörper (1) aus Flachrohren (3) bestehen, deren offene Enden durch einen Falz verschlossen sind, und daß eine der Verbindungsöffnungen (6) mit einem Öffnungsquerschnitt verse­ hen ist, der zumindest auf einer Seite den Kreisquerschnitt der gegenüberliegenden Verbindungsöffnung (5) überragt.

2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die größere Verbindungsöffnung (6) als ein Langloch ausgebildet ist.

3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die größere Öffnung (6) den Kreisquerschnitt der kleineren Öffnung (5) auf dem zum Falz (4) hin liegenden Sei­ te überragt.

4. Wärmeübertrager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Größe des Langloches der Öffnung (6) so bemessen ist, daß eine sichelförmige Fläche (11) als Differenzfläche zwischen dem Querschnitt der Öffnung (5) und jenem der Öff­ nung (6) gebildet ist.

5. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die das Langloch bildende Öffnung (6) in der Seitenwand (13) des Flachrohres (3) angeordnet ist, die bis zum Falzrand (4) gerade durchgeführt ist und den äußeren Teil des Falzes (4) bildet.

6. Verfahren zur Herstellung eines Scheibenkörpers für den Wärmeübertrager nach Anspruch 1, bei dem die offenen En­ den eines Flachrohres (3) durch je einen Falz (4) verschlos­ sen und in beide Seitenwände (12, 13) des Flachrohres (3) im Bereich der noch offenen Enden untereinander fluchtende Paare von Verbindungsöffnungen (5, 6) eingestanzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine der Verbindungsöffnungen (6) jedes Paares mit einem größeren Querschnitt als die gegen­ überliegende (5) ausgestanzt wird, und daß durch die größere Öffnung (6) hindurch ein Abstützwerkzeug (18) geführt und an die Innenseite des gegenüberliegenden Teiles (11) des Umfan­ ges der kleineren Verbindungsöffnung (5) angelegt wird, ehe die beiden offenen Enden durch je einen Falz (4) verschlossen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die größere Öffnung (6) die Form eines Langloches mit ei­ ner Breite aufweist, die dem Durchmesser der gegenüberliegen­ den kreisrunden Öffnung (5) entspricht, daß das Langloch die gegenüberliegende Öffnung (5) in Richtung zum offenen Rohren­ de etwas überragt, und das das Abstützwerkzeug (18) sich an den sichelförmigen Teil (11) der Innenwand am Umfang der ge­ genüberliegenden Öffnung (5) anlegt.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 6 mit einer Einspannanordnung für die Flachrohre (3), einer Stanzeinrichtung und einer Falzeinrichtung zum Falzen der offenen Rohrenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein­ spannvorrichtung ein stopfenartiger Anschlag (18) als Ab­ stützwerkzeug zugeordnet ist, dessen Abmessungen zumindest einem Teilbereich der größeren Öffnung (6) und der Tiefe des Innenraumes (15) des Flachrohres (3) angepaßt sind und der an seiner freien Oberseite einen der Materialdicke des Flachroh­ res (3) entsprechenden Ansatz (19) aufweist, der dem Durch­ messer der kreisförmigen Verbindungsöffnung (5) entspricht und koaxial zu dieser angeordnet ist.