DE2105069A1

DE2105069A1 - Wärmetauscherelementrohling

Info

Publication number: DE2105069A1
Application number: DE19712105069
Authority: DE
Inventors: Karl Gunnar; Karlsson Karl Harry; Västeras; Remning Ake Gustaf Vilhelm Finspang; Jonason (Schweden)
Original assignee: Svenska Metallverken AB
Current assignee: Svenska Metallverken AB
Priority date: 1970-02-05
Filing date: 1971-02-04
Publication date: 1971-08-19
Also published as: ES194959U; GB1324132A; FR2079269B3; ES194959Y; FR2079269A7

Description

Die Erfindung betrifft einen langgestreckten Rohling zur Herstellung von Wärmetauscherelementen für Wärmetauscher, die,
insbesondere in Verbindung mit Motorfahrzeugen, zu Kühl- oder Heizzwecken dienen.

Bei der Herstellung von Wärmetauschern der oben erwähnten Art sind Torschläge gemacht und Versuche durchgeführt worden, die sich auf mit oberflächenvergrößernden Yorsprüngen versehene
Wärmetauscherflächen beziehen, um dadurch den Wärmeaustausch
zwischen einer Wärmetauscherfläche und einem gasförmigen oder flüssigen Medium zu verbessern, welches diese Warmetausoberfläche umströmt oder in anderer Weise damit in Kontakt gebracht wird.

Derartige Wärmetauscherflächen, die insbesondere in Verbindung

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mit der vorliegenden Erfindung von Interesse sind, "bestehen entweder aus Grundprofilen aus kompaktem Material oder aus ähnlichen Profilen, die mit durchlaufenden Bohrungen oder Kanälen versehen sind, welche gewöhnlich einen sich verändernden Querschnitt haben.

Die Vollprofile, welche mit oberflächenvergrößernden Vorsprüngen verseben sind, sind üblicherweise selbst in der Lage, als oberflächenvergrößernde Elemente für großwandige Wärmetauscherflächen benutzt zu werden, beispielsweise die zylindrischen Flächen von Heizkesseln oder dergleichen, bei denen die oberflächenvergrößernden Elemente die Form von starren Zapfen haben, die mit einem Ende an die entsprechende Wärmetauscherfläche im Heizkessel angeschweißt sind.

Wenn Hohlprofile in Form von Rohren und dergleichen benutzt werden, ist es üblich, daß das Rohr von einem gasförmigen oder flüssigen Medium durchströmt wird, so daß der Wärmetausch durch die Wandung des Hohlprofils oder des Rohres erfolgt, und zwar zusätzlich zu den an dem Hoblprofil angebrachten oberflächenvergrößernden Elementen, wobei die Wärme auf ein Medium übertragen wird, welches die Außenseite des Rohres und damit die oberflächenvergrößernden Elemente umströmt.

Derartige Wärmetauscherflächen werden insbesondere bei Wärmetauschern für Motorfahrzeuge benutzt, und zwar insbesondere zum Kühlen des Motorkühlmittels, obwohl die Wärmetauscherfläche auch für andere Kühl- oder Heizzwecke in dem Fahrzeug benutzbar ist*

Bei einer typischen Ausführungsform eines Wärmetauschers, der insbesondere, zur Kühlung des MotorkühlniittelB benutzt wird, werden abwechselnd mit Lötmittel versehene Hohlprofile und gewellte Metallstreifen gegeneinandergelegt, um eine Sandwich-Struktur zu bilden, bevor das Lötmittel erhitzt wird, um die Einzelelemente zu einer Einheit miteinander zu verbinden. Bei einer derartigen Herstellungsweise eines Wärmetauschers werden

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die einzelnen Hohlprofilelemente zusammen mit den üblicherweise aus einer Kupferlegierung oder reinem Kupfer bestehenden gewellten Metallstreifen entsprechender Länge in Einspannoder Haltevorrichtungen fixiert; nachdem die Hohlprofile und gewellten Streifen in der Einspann- oder Haltevorrichtung in die richtige Lage gebracht worden sind, werden diese Hohlkörper und Metallstreifen, die gegebenenfalls unter Aufwendung einen geringen Druckes gegeneinandergepreßt werden, während sie in der Einspannvorrichtung befestigt sind, in ein Flußmittelbad getaucht; nach dem Herausnehmen aus diesem Bad wird die die Hohlprofile und gewellten Streifen festhaltende Einspannvorrichtung in einen Lötofen gebracht, um das Fluß- bzw. Lötmittel zu schmelzen und eine wärmeleitende metallische Verbindung zwischen den gegeneinanderliegenden Flächen der Hohlprofile und der gewellten Streifen zu erhalten. Die Einspann- bzw. Haltevorrichtung wird anschließend aus dem Lötofen herausgenommen, so daß das Lötmittel sich verfestigen kann; im Anschluß daran kann das fertige Wärmetauscheraggregat als eine Einheit aus der Einspannvorrichtung herausgenommen werden.

Im Hinblick auf eine Gewichtsverminderung von insbesondere für Motorfahrzeuge vorgesehene Wärmetauschern, und im Hinblick auf eine tnaterialabhängige Kostenreduzierung, und weiterhin im Hinblick darauf, daß Metalle wie Kupfer und dergleichen, welche ein gutes Wärmeleitvermögen haben, schwierig zu gewinnen sind, sind Versuche und Experimente durchgeführt worden, um Wärmetauscherelemente, d.h. die Hohlprofile und die oberflächenvergrößernden Vorsprünge aus immer dünnerem Material herzustellen. Demzufolge sind nacheinander Metallstreifen aus Kupfer oder Kupferlegierungen mit einer Dicke in der Größenordnung von 65 /λ benutzt worden. Diese Dicke stellt jedoch praktisch die G-rense dar, bei der Wellstreifen gehandhabt werden können, wenn sie gemäß den bisher bekannten Herstellungsverfahren verarbeitet werden, da Streifen mit einer derart geringen Dicke leicht verformbar sind, selbst wenn sie mit der größten Sorgfalt behandelt werden.

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Es ist einleuchtend, daß die oben beschriebene Herstellungsweise von Wärmetauschern mehr oder weniger von Hand durchgeführt wird, so daß sie kostspielig und zeitaufwendig ist. Versuche haben gezeigt, daß im Hinblick auf eine. Wärme- d.h. Energieeinsparung die Dicke der gewellten Streifen beträchtlich unter 65 /t reduziert werden könnte, wodurch sich sowohl in wirtschaftlicher Hinsicht als auch hinsichtlich einer Gewichtsreduzierung Vorteile erzielen ließen, wenn ein praktisches Herstellungsverfahren zur Verfügung stehen würde. Das bisher benutzte Herstellungsverfahren mit Einspannvorrichtungen bzw. Haltevorrichtungen, in denen die Profile und die gewellten Streifen lose gegeneinanderliegend angeordnet sind, bevor sie miteinander verlötet werden, läßt sich dann jedoch nicht mehr anwenden, da die gewellten Streifen allein durch den Kontakt mit den benachbarten Profilen zusammengedrückt und leicht verformt würden.

Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Wärmetauscherelementrohlinge zu schaffen, mit denen die Herstellung von Wärmetauschern vereinfacht wird, wobei gleichzeitig auch die verwendeten teueren Metalle wirkungsvoller zum Einsatz gebracht werden, indem die Dicke der gewellten Streifen reduziert wird.

Die vorliegende Erfindung basiert demzufolge auf dem Wunsch, die Wanddicke der Hohlprofile und außerdem die Dicke der gewellten Streifen auf eine Größe zu reduzieren, die beträchtlich kleiner ist als die Dicken, die bisher bei der Herstellung von Wärmetauschern für die entsprechenden Elemente für vorstellbar gehalten und benutzt worden sind.

Zur lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Rohling aus einem verhältnismäßig dünnwandigem Metallrohr besteht, bei dem an mindestens einer Seite die oberflächenvergrößernden Elemente in Form von Metallfolienstreifen angeordnet sind, die eine Dicke von 50 bis 10 ju, haben und mit ihren Wellenbergen metallisch mit dem

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Metallrohr verbunden sind.

Der erfindungsgemäße Gedanke besteht somit darin, vorgefertigte Wärmetauscherelementrohlinge beispielsweise in Porm von sogenanntem Stückgut größerer oder kleinerer Länge zu benutzen. Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß beliebige längen von G-rundprofilen verfügbar sind, an denen oberflächenvergrößernde Vorsprünge in Form eines gewellten Metallstreifens bereits vorher angeformt sind, die in metallischem Kontakt bzw. in metallischer Verbindung mit dem Grundprofil stehen.

Wenn von einem derartigen vorgefertigten Wärmetauscherelementrohling ausgegangen wird, ist es möglich, Wärmetauscher in sehr einfacher Weise herzustellen, indem die Enden der Hoblprofile oder Rohre, die vorher mit den oberflächenvergrößernden Elementen versehen worden sind, an geeignete Sammelkasten, die mit Öffnungen bzw. löchern versehen sind, angeschlossen werden, indem die Enden der Rohlinge durch die Öffnungen bzw. Iiöcher eingeschoben und durch Verlöten bzw. Verschweißen befestigt werden. Wenn es erforderlich ist, einen gegenseitigen Kontakt zwischen benachbarten gewellten Streifen zu erhalten, lassen sich die oben erwähnten Spann- bzw. Haltevorrichtungen ebenfalls in Verbindung mit den erfindungsgemäß vorgefertigten Rohlingen benutzen, wobei sich auch die oben beschriebenen bekannten Verlötungstechniken anwenden lassen.

Ein wesentlicher Vorteil, der sich aus der Verwendung von den erfindungsgemäßen Wärmetauscherelementrohlingen ergibt, besteht darin, daß bei der Herstellung der Rohlinge Maschinen benutzt werden können, die in der lage sind, extrem dünne Metallstreifen ohne die Gefahr einer Verformung derselben zu verarbeiten, wobei weiterhin gewährleistet ist, daß beim fertigen Rohling die an dem Rohling befestigten d.h. festgelöteten gewellten Metallstreifen eine wesentlich verbesserte mechanische Festigkeit erhalten, wodurch die Neigung der einzelnen Wellen

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bzw. Wellungen zu einer Deformierung vermindert wird, Dadurch läßt sich der fertige Wärmetauscberelemeribrobling bei weitem einfacher handhaben und weiter verarbeiten als lose gewellte Metallfolienstreifen geringer Dicke. Infolge dieses Versteifungseffektes kann die Dicke der gewellten Streifen weiterhin reduziert werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung, in der mögliche Ausführungsformen in beispielhafter Weise dargestellt sind, näher beschrieben. Es zeigen: Pig. 1: eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmetauscherelementrohlings mit einem kompakten oder hohlen Grundprofil und einem oberflächenvergrößernden Metallfolienstreifen, der in metallischer Verbindung mit einer Seite des Grundprofiles steht bzw. daran befestigt ist;

Pog. 2: eine der Darstellung von Pig. 1 entsprechende Darstellung eines Rohlings, bei dem sich der gewellte Metallstreifen von dem einen bis zum anderen Ende über die gesamte Länge des Profiles erstreckt, und

Pig. 3J in beispielhafter Weise einen Abschnitt eines Wärmetauscherelementrohlings größerer länge, wobei vorgesehen ist, daß dieser Abschnitt mittels eines Schneidwerkzeuges in bestimmte, längen unterteilbar ist, um Einzelelemente für die Herstellung von Wärmetauschern zu bilden.

In Pig. 1 ist ein vorgefertigtes Grundprofil 10 willkürlicher länge dargestellt, welches gemäß dem vorgesehenen Verwendungszweck ein Vollprofil oder ein Hohlprofil sein kann. Das Profil hat einen länglichen bzw. flachgedrückten Querschnitt, obwohl nichts einer Querschnittsveränderung entgegensteht, wobei es jedoch vorteilhaft ist, daß eine Profilseite, auf der da3 die Oberfläche vergrößernde Element angebracht bzw. anzubringen ist, im wesentlichen flach ist. An mindestens einer Seite des Profils 10 ist ein sich in längsrichtung desselben erstreckender gewellter Metallfolienstreifen 11 befestigt, der sich bei

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der Ausfübrungsform gemäß Fig. 1 zwischen zwei Endabs oh nitt en. 12 und 13 erstreckt, die frei von jeglicher Form einer Oberflächenvergrößerung sind.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2, in der im wesentlichen das gleiche Profil dargestellt ist wie in Fig. 1, erstreckt sich der gewellte Streifen 11 über die gesamte Länge des Hohlprofils. Welche von den in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen benutzt wird, hängt davon ab, in welcher Weise das einzelne Wärmetauscherelement in dem Wärmetauscher befestigt ist.

Gemäß der Erfindung können die Rohlinge für die Wärmetauscherelemente in bestimmten Längen produziert werden, so wie es in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist. Vom Standpunkt einer vereinfachten Herstellungsweise kann es jedoch vorteilhaft sein, mehrere Rohlinge bzw. Wärmetauscherelemente in einem Stück hintereinanderliegend herzustellen, so wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Fig. 3 zeigt ein Grundprofil 14 unbestimmter Länge, bei dem die gewellten Streifen 15, 16, 17 durch Zwischenräume 18, 19 voneinander getrennt sind. Mittels des dargestellten Schneidwerkzeuges 20 können in Abhängigkeit von dem jeweiligen Bedarf Einzelelemente von dem Grundprofil 14 abgeschnitten werden, wobei die Schnittlinien vorzugsweise durch das Zentrum der Zwischenräume 18 und 19 verlaufen, so daß eine bestimmte Anzahl von Rohlingen bzw. Wärmetauscherelementen erhalten werden, die zur Herstellung eines Wärmetauschers geeignet sind.

Obwohl bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform der gewellte Streifen unter Freilassung von Zwischenräumen an dem Grundprofil 14 angebracht ist, kann dieser gewellte Streifen sich jedoch auch von dem einen Ende zum anderen Ende über die gesamte Länge des Grundprofils 14 erstrecken.

Gemäß der Erfindung ist das Profil, beispielsweise ein Stab, eine Stange, ein Rohr oder dergleichen, mit mindestens einer

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sich in Profillängsrichtung erstreckenden Fläche versehen, entlang und auf welcher die durch den Metallstreifen gebildeten Oberflächenvergrüßerungen in Form von Vorsprüngen metallisch befestigt sind.

Das Profil hat erfindungsgemäß einen länglichen Querschnitt, und zwar sowohl im Fall eines Vollprofils als auch eines Hohlprofils, so wie es beispielsweise in den Figuren 1 und 3 dargestellt ist. Erfindungsgemäß ist das Grundprofil vorzugsweise auch mit mindestens einer im wesentlichen flachen Oberfläche versehen, an der die Vorsprünge befestigt sind, die sich in Längsricntung des Profiles erstrecken.

Gemäß einer bevorzugten Ausfübrungsform der Erfindung hat das Hohlprofil die Form eines Rohres mit länglichem bzw. flachgedrücktem Querschnitt mit zwei sich gegenüberliegenden im wesentlichen flachen Oberflächen, wobei auf mindestens einer dieser flachen Oberflächen die Vorsprünge befestigt sind.

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i λ.γ:.: ;.:idvng t.es^aii*: das Grundproftl vorzugsweise aui :,aIl, las entweder direkt oder unte^ Verwendung eines •^eei<o.etcü l.o"::'ai""teis m.t dea die Oberflächenvergrö3eriin.g srzea gendea Metallatreifen tnetalliacb verlanden werden kann.' ifemäiS einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beste.ht das G-ruadprofil aus einer Kupferlegierung, vorzugsweise einer Kupfer-Ziok-legierung, aus Eisen, Aluminium oder derglei chen. Andere Metalle oder Metallzusammensetzuagen für das Grund profil oder dea die Oberflächenvergrößerung erzeugenden Metall-

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streifen, liegen, ebenfalls im Ran men der vorliegenden Erfindung.

Erfinrlungsgemäß läßt sich das CJ-rundprofil in Abhängigkeit von seiner Herstellungsform inter-nit bierend oder kontinuierlich auf den zur .Befestigung des Met', η Listreifens dienenden Oberfläouen mit Lötmittel beschichten.

Gemäß der Erfindung werden dio ιLe Oberflächenvergrößerung erzeugenden Vorsprünge durch dlo wellenförmigen Abschnitte des*, gewellten i-Ieballfolienstreiferu gebildet.

Gemäß weiterer Erfindung bestehb die Metallfolie, aus der diegewellten Streifen hergestellt werden, aus einem Metall, das entweder direkt oder indirekt unter Verwendung eines weiteren Metalles, vorzugsweise Lötmittels, mit dem Metall des Grundprofils metallisch verbunden werden kann. G-emäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Metallfolie aus einer Kupferlegierung, vorzugsweise sehr reinem Kupfer, obwohl der Metallfolienstreifen auch aus anderen Metallen bestehen kann, die ein gutes Y/ärmeloi tvermögen haben, wie beispielsweise Aluminium, Eisen und dergleichen.

'irfindungsgemäß hat der Metallstreifen eine Dicke in der Größenor
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ordnung von 100 - 10 .ιλ vorzugsweise 55 - 15 u , insbesondere

Lie Erfindung iat nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt sondern läßt sich im Rahmen der vorliegenden Offenbarung in vielfältiger Weise abwandeln.

BAD

Claims

Patentansprüche

* I .J Wärmetauscherelementrohling unbestimmter Länge mib oberflächenvergrößernden Vorsprüngen in ϊΌπη eines gewellten Metallstreifens, zur Herstellung von mindestens einem fertigen V/ärmetauschereinzeleleraent bestimmter Länge für einen Wärmetauscher, insbesondere für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling aus einem verhältnismäßig dünnwandigem Metallrohr besteht, bei dem an mindestens einer Seite die oberflächenvergrößertiden .Elemente in i'orai von gewellten Metallfolienstreifen (11, 15, 16, 17) angeordnet sind, die eine Dicke von 50 - IO ^haben und mit ihren Wellenbergen metallisch mit dem Metallrohr verbunden sind.

2. Rohling nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gewellte Metallfolienstreifen (11, 15, 16, 17) eine Dicke von 35-15 Aa- hat.

;■. Rohling nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gewellte Metallfolienstreifen (11, 15, 16, 17) eine Dicke von 25 A hat.

4. Rohling nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr einen länglichen flachgedrückten Querschnitt hat.

5. Rohling nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr eine Dicke zwischen 0,20 und 0,05 .n:a hat.

6. Rohling nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrwandung eine Dicke von 0,20 - 0,05 mm hat.

7. Rohling nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr aus einem Metall besteht, daa mit

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den I'Ietallfolieastreifen (11, 15, 16, 17) direkt metallisch verbindbar ist.

<■>. Rohling nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr aus einem Metall besteht, das mit den Metallfolienstreifen (11, 15, 16, 17) indirekt mittels eines zwischen den Streifen und dem Rohr angeordneten Metall, vorzugsweise Lötmittel, verbindbar ist.

9. Rohling nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr aus einer Kupferlegierung besteht.

10. Rohling nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr aus einer Kupfer-Zink-Legierung besteht. (

11. Haling aach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennseioh&etj daß das Rohr mindestens entlang der mit den lletsllfolieastreifen. au verseheaden Oberflächen eiae durch-'ishsiide Beschichtung aus Lötmittel aufweist.

Hil:iir,s n.aoD eiasa !«s:? Aasprü^ne 1 bis 10, dadurch gekenn- :^ί·:^:.:'::,Z'V_f ds.S ^s v.sh^ -in uincieeteas den mit den Metall-■:>: Γ.], iifrreif^n. 7κ; ir.o'^a Oberfläoben mit Lötmittel ver-

■■-■;-■ . .;. ■...-.-".: ,/■;-; lü^Orürbs * ^is 12, .ladurob gekeaa- :·■·. -r:, -3·-; .A^ :.-.;:^"^:..Vt'olieas3treif en (i" _r 15, 16, 17) .ν,ΐΐ ^γ-'...γ:.--:* "Μ"-";.·«^Γ. ν::."" :':uc> daa :ai*? ieta Rohr direct metal-'

.^_; iJüLifii; saaab βΐη,εΏ äai? .Ausprüone ι bis 12, dadurch gekennn-jiojitiets äaS die Msiiallfolieastreifea aus einem Metall ÄS-stiQea, das mit des Eohr indirekt mittels eiaea zwischen des ?:üar und d^iE Hetallstreif en angeordaeten Metall- voraugs^eise Lötmittels, verbiadbar ist.

15. Rohling aacfa einem der Aasprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolieastreifea (11, 15, 16, 17)

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aus Kupfer, vorzugsweise einem sehr reinen Kupfer besteben,

16. Rohling nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Rohr im Abstand voneinander liegende Metallfolienstreifen (15, 16, 17) befestigt sind, und da'3 die Zwischenräume (18, 19) zwischen, den oberflächenver^rößernden Metallstreifen im Bereich der Stellen liegen, an denen das Rohr zur Bildung von einzelnen Wärmetauscaerelementrohlingen zertrennbar ist.

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