DE2834767B2 - Wärmetauscher, insbesondere für Kraftfahrzeuge und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Wärmetauscher, der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen und durch die DE-OS 23 34 558 bekanntgewordenen Art

Ein derartiger Wärmetauscher ist in mehrfacher Hinsicht mangelhaft, weil die kreisrunden Querschnitte der Durchtrittsöffnungen und der Kragen, die nach dem Ineinanderstecken bzw. Aufeinanderlegen etwa zylindrische Rohrleitungen bilden sollen, zufolge der zylindrischen Ausbildung, bezogen auf den Durchschnittsquerschnitt dieser Rohrleitungen, die kleinslmögliche Mantelfläche liefern. Deshalb eignen sich zylindrische Rohre zwar vorzüglich zur Weiterleitung von Medien, die nach Möglichkeit ihren jeweiligen Temperaturzustand beibehalten sollen, wie dies beispielsweise für zwischen den Verbrauchsstellen liegende Verbindungsrohre in Heiz· oder Kühlanlagen zutrifft, nicht jedoch für einen Wärmetauscher, innerhalb dessen gerade eine möglichst intensive Wärmeabgabe innerhalb eines Aggregates mit möglichst geringen Gesamtabrrussungen stattfinden soll.

Ferner ist der Kontakt zwischen den einzelnen Kragen des bekanntgewordenen Wärmeaustauschers entweder mangelhaft, in einem anderen Ausführungsbeispiel überhaupt nicht vorhanden oder aber er wird nur mittels einer sehr komplizierten Profilierung hergestellt. Ein guter Kontakt zwischen den Kragen ist iedoch nicht nur für die Formsubilität des Wärmetauschers wichtig, sondern auch für den Wärmeübergang zwischen den Kragen und damit den Rippen; denn auch in Strömungsrichtung des die so gebildeten Rohre durchströmenden Mediums bildet sich in Längsrichtung der Rohrleitung ein Wärmegefälle aus, das es auszugleichen gilt um ein maximales Temperaturgefälle im gesamten Bereich des Wärmetauschers aufrechtzuerhalten.

Es ist weiterhin ein Wärmeaustauscher aus ineinandergesteckten Einzelelementen bekanntgeworden, des sen ineinandergreifende Kragen kegelförmig ausgebildet sind (US-PS 33 60 038). Zur Herstellung dieses Wärmetauschers muß jedoch jedes einzelne aufzustekkende Element nach dem Aufsetzen durch ein

is Schweißverfahren fixiert werden, woraus nicht nur ein sehr zeitraubendes Verfahren folgt sondern stets die Gefahr besteht daß die eine oder andere Verbindungsstelle nicht mit der gebotenen Sorgfalt hergestellt und dadurch der Wärmetauscher undicht wird. Im übrigen handelt es sich dort um einen Platten-Wärmetauscher mit verschiedenen Strömungskammern.

Ein anderer bekanntgewordener Platten-Gegenstromwärmetauscher, der aus sandwichartig aufeinander stapelbaren Platten besteht deren Löcher durch kragenförmige Segmente begrenzt sind, hat den Nachteil, daß er aus Platten verschiedener Typen zusammengesetzt werden muß, so daß die Wirtschaftlichkeit der Herstellung beeinträchtigt wird (DE-OS 24 13 165). Der Zusammenbau erfordert im übrigen ein äußerst genauer gegenseitiges Ausrichten der Plattenelemente des Wärmetauschers, bevor diese schließlich durch ein Lötverfahren verbunden werden können, das seinerseits dadurch rationell gestaltet ist daß auf die zu verbindenden Teile des Wärmetauschers eine Lötlegie rung aufgebracht wird, um anschließend den zusammen gesetzten Block als Ganzes auf die Schmelztemperatur des Lotes zu erwärmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der im Oberbeg*if? des Anspruches 1 angegebenen Art insoweit zu verbessern, daß ein äußerst einfaches und zeitsparendes Zusammensetzen desselben erfolgen kann, wobei die einzelnen Lamellen durch Ineinanderstecken zwangsläufig genau aufeinander ausgerichtet werden und die durch die ineinanderge- steckten Kragen gebildeten Rohre, die eines der am Wärmetausch beteiligten Medien führen, eine größtmögliche, für den Wärmetausch zur Verfügung stehende Mantelfläche haben. Zur Lösung dieser Aufgabe sind nach der Erfindung

so die im kennzeichnenden Teil des Anspruches I angegebenen Gestaltungsmerkmale vorgesehen, wobei noch im Unteranspruch 7 eine für die Aufgabenlösung vorteilhafte und förderliche Weiterbildung des Wärmetauschers beansprucht ist während im Unteranspruch 3 eine Maßnahme im Rahmen des Verfahrens zum Herstellen des Wärmeaustauschers angegeben wird, die dieses Verfahren besonders rationell gestaltet

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher ist einmal durch den guten formschlüssigen gegenseitigen Eingriff der konischen Kragen äußerst formstabil und der so geschaffene intensive Kontakt der einzelnen Kragen gewährleistet weiterhin den Ausgleich des zwangsläufig auftretenden Temperaturgefälles in Längsrichtung der so geschaffenen Leitungsrohre. Vor allem jedoch wird

M durch die flache Form der Durchtrittsöffnungen und der Kragen, wie sie besonders deutlich aus einem später noch zu schildernden Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers ersichtlich ist, eine optimale Vergrößerung

der für den Wärmeübergang zur Verfugung stehenden Mantelfläche der Durchtrittsrohre erzielt und damit der Wirkungsgrad des Wärmetauschers erhöht Gleichwohl ist für eine ausreichende Formstabilität der im Querschnitt abgeflachten Rohre gesorgt

Der Wärmetauscher eignet sich angesichts seines niedrigen Gewichtes, seiner besonders geringen Raumbeanspruchung und seines guten Wirkungsgrades besondere gut für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, insbesondere auch deshalb, weil er mit geringem Kostenaufwand herstellbar ist

Im übrigen kann dieser Wärmetauscher auch für andere Zwecke, beispielsweise zum Heizen und/oder Klimatisieren der Fahrerkabine oder auch des Fahrgastraumes von Kraftfahrzeugen verwendet werden sowie auch in dem übrigen Bereich ziviler und industrieller Zwecks Verwendung finden.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele eines Wärmetauschers näher erläutert Es zeigt

Fig. ί die Ansicht eines Wärmetauschers, wie er in Lastfahrzeugen Verwendung finden kann,

Fig.2 die Draufsicht einer Lamelle zur Herstellung eines Wärmetauschers,

Fig.3 den Ausschnitt einer Lamelle gem. Fig.2 in größerem Maßstab,

Fig.4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV gem. Fig. 3,

Fig.5 einen Teilschnitt ähnlich demjenigen gem. F i g. 4, wobei der Eingriff der Kragen mehrerer bereits vorpositionierter Lamellen im Rahmen eines Teilschrittes des Verfahrens dargestellt ist,

F i g. 6 einen Schnitt entsprechend demjenigen gem. Fig.5, wobei die Stoßfugen zwischen den einzelnen Kragen miteinander verlötet sind, und

F i g. 7 und 8 einen Teilschnitt durch das vordere und hintere Ende eines Wärmetauschers.

Gem. Fig. 1 hat jede der Lamellen 1, die später ineinandergreifend zu dem Wärmetauscherblock zusammengesetzt werden, eine rechteckige Form, wobei ίο der Rand der Lamelle 1 mit Einkerbungen versehen ist

Diese Lamellen 1 werden in völlig gleicher Ausbildung und in denjenigen Abmessungen formgestanzt, die zur Herstellung eines bestimmten Wärmetauschers erforderlich sind, wobei jede Lamelle 1 mit einer Anzahl von untereinander fluchtenden und mit regelmäßigen Abständen über die ganze Länge verteilten Löchern 2 versehen ist

Diese Löcher 2 können einen kreisförmigen, aber auch jeden anders geformten Querschnitt haben. Vorteilhaft ist ein länglicher Querschnitt, der angenähert die Form einer Ellipse hat deren große Achse senkrecht auf der Längsachse der Lamelle 1, wie aus F i g. 2 hervorgeht steht.

Während des Formstanzens einer Lamelle 1 wird durch Tiefziehen der Rand eines jeden Loches 2 zu einem kegelförmigen Kragen 3 verformt, dessen Längsachse senkrecht zur Ebene der zugehörigen Lamelle 1 verläuft. Die kegelförmigen Kragen 3 einer jeden Lamelle 1 ragen alle nach der gleichen Seite heraus.

Die so geformten Lamellen 1 werden aufeinandergesteckt, wobei die kegelförmigen Kragen 3, wie in F i g. 5 dargestellt, so ineinandergreifen, daß danach die Lamellen 1 patallel zueinander liegen, wobei die >>^r> ineinandergreifenden Kragen 3 in ihrer Gesamtheit abgeflachte Leitungen la bilden, die senkrecht zu den Lamellenebenen verlaufen.

Die Kragen 3 werden soweit ineinandergeschoben, bis sie festsitzen.

Anschließend werden in die so gebildeten Leitungen 2s Stäbchen bzw. Röhrchen 4, wie aus F i g. 5 ersichtlich, eingeführt, die aus einem Metall, vorzugsweise Kupfer, bestehen, dessen Schmelzpunkt niedriger als derjenige der Eisenlamellen 1 ist Der aus den Lamellen 1 und den in die Leitungen 2a eingeführten Stäbchen 4 bestehende Block wird danach bis zu einer Temperatur erhitzt die mindestens dem Schmelzpunkt der Stäbchen 4 entspricht oder höher als diese liegt so daß die Stäbchen 4 schmelzen (wobei die Lamellen unverändert bleiben) und die Lötung zwischen den Kragen 3 bewirken, wodurch die Leitungen 2a an den Stoßstellen der Kragen 3 abgedichtet werden.

Während der Erhitzung ist keine Bewegung der Lamellen 1 nötig, weil das von den Stäbchen 4 stammende geschmolzene Material wegen der Kapillarität in die zwischen den einzelnen Kragen 3 vorhandene Spalte, wie bei 4a v.\ Fig.6 angedeutet fließt wobei es auch entgegen der S'-hwerkraft nach oben steigt, bis ein einwandfreier Verschluß der Stoßstellen auf der gesamten Länge der Leitungen 2a erreicht wird. Der Querschnitt der Stäbchen 4 ist selbstverständlich dem Querschnitt der Leitungen 2a anzupassen, um zu gewährleisten, daß das geschmolzene Lot ausreicht um sämtliche Stoßstelien zwischen den eine Leitung zu bildenden Kragen 3 auszufüllen, so daß eine fest zusammenhängende, absolut dichte Leitung 20 entsteht

Auf einfache und rationelle Weise wird so die gleichmäßige Abdichtung der Leitungen 2a und gleichzeitig das Zusammenfügen des vollständigen Wärmetauscherblocks erreicht.

Anstelle der Stäbchen 4 kann man auch eine Kupferschicht oder eine solche aus anderen, einen niedrigen Schmelzpunkt aufweisenden Metallen oder eine Legierung auf wenigstens einer Seite der I amellen 1 vorsehen. So können die Lamellen 1 beispielsweise aus einer auf einer Seite mit Kupfer beschichteten Blechtafel gestanzt werden. Auch in diesem Falle wird bei dem Erwärmungsvorgang der ineinandergreifenden Lamellen das Schmelzen der Kupferschichien und damit die Verlötung der kegelförmigen Kragen 3 bewirkt.

Nach dem Löten verlaufen die verschiedenen Leitungen 2a untereinander parallel, wobei deren jede aus einer Anzahl miteinander verlöteter Kragen 3 besteht wobei die großen Achsen der Querschnitte der Leitungen senkrecht auf den Längsachsen der Lamellen 1 stehen, um während des Betriebes einen minimalen Luftströmungswiderstand zu haben.

Der innige körperliche Zusammenhang zwischen Lamellen 1 und Leitungen 2a hat einen besonders intensiven Wärmeaustausch zur Folge, so daß Wärmetauscher für Lastfahrzeuge kleinerer Ruimbeanspruchung mit sehr hohem Wirkungsgrad hergestellt werden können — ein für den Automobilbau sehr wichtiger Vorteil.

Die Verbindung der Leitungen 2a im Bereich ihrer Enden erfolgt durch die Kappen 5, die entsprechend geformt sind und an ihren Rändern Umbördelungen 6 haben, wie sie in F i g. 7 u. 8 dargestellt sir.d, mittels derer sie mit den Endlamellen la und \b fest verbunden sind.

Die Verbindung zwischen den Umbördelungen 6 und den Rändern der Lamellen la und \b wird durch Lötnähte %a komplettiert, die auf ähnliche Weise wie diejenigen zwischen den Kragen 3 oder in anderer Weise zu erzeugen sind. Die Endiamellen in und 16

haben, wie die übrigen Lamellen 1, Löcher mit Kragen 3a und 36, wie jeweils aus den F i g. 7 und F i g. 8 ersichtlich.

Die Kragen 36 haben ebenfalls eine konische Form, die den Eingriff mit den benachbarten Kragen 3 ermöglicht. Die Endplatten 5 können, je nach Art der Verbindungen, die zwischen den verschiedenen Leitungen 2a, wie z. B. in F i g. 5a und 56 in F i g. I dargestellt, herzustellen sind, verschiedenartig geformt sein.

In Fig. 1 sind weiterhin die Anschlußleitungen 7 für Eintritt und Austritt des wärmeabgebenden Mediums dargestellt. Die Form der Querschnitte der Leitungen 2;i kann beliebig gewählt werden, wobei z. B. neben der kreisförmigen und der abgeflachten rechteckigen bzw. elleptischen Form auch eine längliche und keilförmige sowie verjüngte Form zweckmäßig sein kann, deren zugespitzter Teil dem in den Wärmetauscher eintretenden Luftstrom zugewandt ist. um die aerodynamischen Verhältnisse zu verbessern.
Wenn die Kragen 3 eine elliptische bzw. eine sehr

ι längliche Querschnittsform haben, so können die zugehörigen Löcher 2 durch eine oder mehrere Trennwände 8 unterteilt werden, die dazu dienen, Verformungen im Bereich der Endteile der genannten Kragen 3 während des Lötvorganges zu verhindern,

ίο wodurch vermieden wird, daß Unregelmäßigkeiten im fertigen Produkt auftreten.

In einer Variante des Lötverfahren^ ist es während des Erwärmungsvorganges /.um Schmelzen der Stäbchen 4 möglich, den Wärmetauscherblock zu drehen

ι > oder zu verschieben, um eine Lötverbindung auch an sonst nicht erreichbaren Stellen herzustellen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   !.Wärmetauscher, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einer Anzahl metallischer Lamellen, die mehrere über die Länge derselben verteilte und miteinander fluchtende Offnungen enthalten, wobei der Rand einer jeden öffnung zu einem Kragen verformt ist, der nach dem Zusammensetzen der Lamellen in den zugeordneten Kragen der benachbarten Lamelle ragt, so daß die ineinandergreifenden Kragen jeweils eine durchgehende Rohrleitung bilden, die senkrecht zur Lamellenebene verläuft, wobei der untere Teil jeden Kragens im Durchmesser reduzierbar ist zum Einsetzen in die benachbarte öffnung und wobei die Spalte zwischen den einzelnen Kragen hartverlötet sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kragen (3, 3a, 3b) fiber die gesamte Länge gleichmäßig konisch verjüngen und die öffnungen sowie die Kragen (3,3a, 3b) einen Langloch-Querschnitt haben, der durch eine oder mehrere Zwischenwände (8) unterteilt ist und die Dichtungsfugen zwischen den Kragen (3, 3a, Zb) über ihre gesamte Einstecklänge hartverlötet sind.
2. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die &5treckungsrichtung der Kragen (3,3a, 3b) der Durchströmungsrichtung der aus den Kragen (3,3a, 3b) gebildeten Rohrleitungen (2a) entgegengesetzt ist
3. 3. Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers naO. Patentanspruch 1 und 2, bei dem die miteinander zu vprbindeHen Teile mit einem Lotwerkstoff beschichtet, zusammengesetzt und anschließend mindestens auf ί*^:·ϊ Schmelztemperatur des Lotes erwärmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in die Rohrleitungen Lotstäbchen oder -röhrchen eingelegt werden.