DE4015830C2 - Wärmetauscher, insbesondere Wasser/Luft-Kühler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere ei­ nen Wasser/Luft-Kühler aus Aluminium oder aus Buntmetall, be­ stehend aus mehreren Flachrohren, die mit ihren Seitenflächen parallel zueinander ausgerichtet und mit beiden Enden in Öff­ nungen von Rohrböden dicht gehalten sind, wobei zwischen den Flachrohren lamellenartige Wärmetauschrippen eingesetzt und im Bereich der Rohrböden Abstützstellen zwischen den Rohrwän­ den jedes Flachrohres vorgesehen sind, die ein Einfallen der Rohre verhindern.

Wärmetauscher dieser Art sind bekannt (DE-GM 88 01 411). Bei ihnen tritt das Problem auf, dass die in schlitzartige Öff­ nungen der Rohrböden eingeschobenen Rohrenden beim Lötvorgang nach innen einfallen nund so einen unerwünschten Strömungswi­ derstand hervorrufen. Es ist daher bei Wärmetauschern der eingangs genannten Art auch schon bekannt, aus den freien Rohrenden jeweils an gegenüberliegenden Seiten der Rohrwand Laschen auszustanzen und sie nach innen zu biegen, wo die so gebildete Abstützlaschen aneinander anliegen und mit verlötet werden. Die so gebildete Abstützstege verhindern das Einfal­ len der Rohrenden. Es hat sich aber gezeigt, dass die Rohr­ wandungen auch bei einer solchen Ausgestaltung nicht immer dicht genug an den Rohrböden anliegen und dass die dort auf­ tretenden Spalte eine dichte Verlötung verhindern. Es ist deshalb auch schon vorgeschlagen worden, Rohrböden dieser Art zu silikonisieren, damit die erforderliche Dichtheit erreicht wird.

Aus der DE-OS 20 08 024 ist ein Wärmetauscher bekannt, bei dem in einer Ausführung Flachrohre mit einer nahezu über ihre gesamte Länge durchlaufenden mittleren Einschnürung vorgese­ hen sind, an der die gegenüberliegenden Wände des Flachrohres aneinander anliegen. Lediglich die beiden offenen Enden sind nicht mit dieser Einschnürung versehen, sondern dienen als Sammelkammer zur Versorgung der beiden parallel verlaufenden Kanäle innerhalb des Flachrohres. Die dort gezeigten Flach­ rohre werden nicht in Rohrböden eingesetzt und mit diesen verlötet. Vielmehr ist vorgesehen, die jeweiligen Sammelbe­ hälter an die Rohrenden anzuformen, beispielsweise bei Ver­ wendung von Gummi durch Vulkanisieren, bei Verwendung von Kunststoff durch ein entsprechendes Anspritzverfahren und bei Verwendung z. B. einer Aluminiumlegierung durch Angießen. Da bei diesen Angieß- oder Ansetzvorgängen jeweils entspre­ chende Werkzeuge verwendet werden, die auch jeweils einen Kernansatz vorsehen, der in die offenen Rohrenden eingreift, tritt bei solchen Bauarten das vorher erwähnte Problem des Einfallens der offenen Rohrenden beim Lötvorgang nicht auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art so auszubilden, dass zum einen das Einfallen der Rohrenden beim oder nach dem Lötvorgang vermie­ den wird und dass eine nachteilige Spaltbildung im Bereich der Rohrböden zwischen den Rohrwandungen und den Öffnungen in den Rohrböden nicht auftritt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Wärmetauscher der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die Abstützelemente auf der von den freien Rohrenden abgewandten Seite der Rohr­ böden im Bereich der Wärmetauschrippen vorgesehen und als an­ einanderliegende Noppen ausgebildet sind, die aus gegenüber­ liegenden Rohrwandungen nach innen hereingedrückt sind. Diese Ausgestaltung bringt den Vorteil mit sich, dass, bedingt durch die vor dem Lötvorgang quer zu den Rohren auf die Wär­ metauschrippen ausgeübten Andrückkräfte, sich die Rohrenden im Bereich oberhalb der Abstützstellen aufspreizen und daher ein Einfallen der freien Rohrenden verhindern und zum anderen auch ein kraftschlüssiges Andrücken an die Öffnungen im Rohr­ boden ermöglichen. Erfindungsgemäß ausgestaltete Wärmetau­ scher lassen sich daher in einwandfreier Weise dicht verlö­ ten. Eine nachträgliche Abdichtung im Bereich der Rohrböden ist nicht notwendig. Auch Maßnahmen, das Einfallen der Rohr­ enden zu vermeiden, werden überflüssig.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen gekennzeichnet. So können die Noppen in sehr ein­ facher Weise in Rohrlängsrichtung verlaufende Sicken sein, die auch für eine gewisse Verstärkung der Rohrwand in diesem qausi als Schwenkachse für die Rohrwand wirkenden Bereich dienen. Die Länge der Sicken kann etwa dem Abstand des oberen Sickenrandes vom freien Rohrende entsprechen. Diese Ausge­ staltung hat sich als zweckmäßig im Hin­ blick auf die Rohrwandversteifung einerseits und andererseits im Hinblick auf den angestrebten Aufspreizeffekt erwiesen. Der Querschnitt der Noppen kann dabei im Anlagebereich abgerundet oder auch abgeflacht sein und schließlich hat es sich als vor­ teilhaft im Hinblick auf die Wirkung erwiesen, den Abstand der Noppen von der Rohrbodenebene so zu wählen, daß er etwa der Länge der nach der anderen Seite der Rohrbodenebene überstehen­ den Teile der freien Rohrenden entspricht.

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

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf einen Teil eines Rohrbodens eines Wärmetauschers gemäß der Erfindung,

Fig. 2 die vergrößerte Teildarstellung des Schnittes längs der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 die Darstellung des Schnittes längs der Linie III-III in Fig. 2 durch eines der Flachrohre,

Fig. 4 die Seitenansicht des Flachrohres in der Fig. 4 in Richtung des Pfeiles IV-IV gesehen,

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines der Rohre des Wärmetauschers nach Fig. 1 im Einbauzustand vor und während des Lötvorganges,

Fig. 6 einen Schnitt durch ein Flachrohr eines Wärme­ tauschers gemäß der Erfindung ähnlich Fig. 3, jedoch mit drei Abstütznoppen,

Fig. 7 eine Darstellung ähnlich Fig. 4 des oberen End­ bereiches des in der Fig. 6 gezeigten Flachrohres,

Fig. 8 eine Darstellung ähnlich Fig. 7, jedoch bei einer Ausführungsform mit runden Stütznoppen und

Fig. 9 eine Darstellung ähnlich Fig. 8, jedoch bei einer Ausführungsform mit Rohren aus Buntmetall.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Wasser/Luft-Kühler gezeigt, der aus mehreren parallel zueinander angeordneten und aus Aluminium hergestellten Flachrohren (1) besteht, die jeweils mit ihren Seitenflächen (1a) parallel zueinander liegen. Die Flachrohre (1) sind in schlitzartigen und der Kontur der Flachrohre (1) angepaßten Öffnungen (2) eines Rohrbodens (3) mit ihren freien Enden eingeschoben, wobei in Fig. 2 nur der obere Endbereich der Flachrohre (1) gezeigt ist. Zwischen den parallelen Seiten­ wänden (1a) der Flachrohre (1) sind lamellenartig ausgebildete Wärmetauschrippen (4) eingesetzt, die den Wärmeübergang der parallel zu den Seitenwänden (1a) den Wärmetauscher durch­ strömenden Luft an die von Wasser durchströmten Flachrohre (1) begünstigen sollen. In bekannter Weise ist dabei der Rohrboden (3) - und ein zweiter, dem anderen Ende der Flachrohre (1) zugeordneter Rohrboden - jeweils durch Wasserkästen abgeschlos­ sen, durch die der Zu- und Ablauf des Wassers erfolgt. Die Anströmung mit Luft erfolgt, wie bereits erwähnt, quer zu den Flachrohren (1) und parallel zu ihren Seitenwänden (1a) durch die Wärmetauschrippen (4) hindurch.

Wie in den Fig. 1 und 2 erkennbar ist, ist jedes Flachrohr (1) im Bereich des zugeordneten Rohrbodens (3) mit nach innen gedrückten Noppen in der Form von Sicken (5) versehen, die als Abstützstellen im Inneren der Rohre (1) dienen. Die Sicken (5) sind dabei aus den parallel zueinander verlaufenden Rohrwan­ dungen jeweils in einem Bereich der Flachrohre (1) und jeweils um die Hälfte der lichten Weite (b) der Flachrohre (1) nach innen gedrückt, so daß sie im Inneren der Flachrohre (1) anein­ anderliegen. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 4 sind dabei zwei jeweils etwa um ein Drittel der Rohrbreite (a) von außen nach innen versetzte Sicken (5) vorgesehen, die, wie sich aus Fig. 5 ergibt, im Abstand (ℓ2) unterhalb der Ebene (6) des Rohrbodens (3) liegen, der in etwa dem Abstand (ℓ1) der freien Rohrenden (1') von der Ebene (6) des Rohrbodens (3) entspricht. Die Sicken (5) des Ausführungsbeispieles (Fig. 1 bis 4) sind als in Rohrlängsrichtung verlaufende längliche Rippenstücke ausgebildet, deren Gesamtlänge beim Ausführungsbeispiel wiederum etwa dem Abstand (ℓ2) von der Ebene (6) des Rohrbodens (3) entspricht. An ihren aneinander liegenden Außenflächen sind die Sicken (5) abgeflacht ausgebildet und weisen eine etwa ovale Anlagefläche (5a) auf, mit der sie sich an der ent­ sprechenden Fläche (5a) der von der anderen Rohrwand aus nach innen vorstehenden Sicke anlegen. Diese Ausgestaltung erlaubt zum einen eine recht stabile Abstützung der Rohrwandungen gegeneinander. Sie ermöglicht auch eine gute Verlötung.

Die Fig. 5 zeigt schematisch, was mit der anhand der Fig. 1 bis 4 erläuterten Ausgestaltung der Flachrohre (1) bezweckt ist. Aus Fig. 5 wird deutlich, daß die nach dem Kassettieren der Flachrohre (1) und nach dem Einschieben der Rohrenden in die Rohrböden (2) zum Zweck des anschließenden Lötens seitlich auf die Wellrippen (4) und auf den gesamten Rippenrohrblock ausge­ übten Andrückkräfte (K) zu einer Verformung der Rohrwände (1b, 1b') in die gestrichelte und mit (1b' und 1b") bezeichnete Lage führen. Da die Rohrwandungen (1b und 1b') im Bereich der Sicken (5) fest aneinander anliegen, können die Anlageflächen (5a) der Sicken (5) als eine Art Drehpunkt - der in der Fig. 5 etwa in der Mitte dieser Fläche (5a) mit (7) angedeutet ist - angesehen werden, um den sich die beiden Rohrwandungen im Bereich oberhalb der Anlageflächen (5a) im Sinn der Pfeile (8) nach außen bewegen. Dies erfolgt aufgrund der den Rohrwandungen innewohnenden Elastizität. Dieses Aufspreizen der Rohrwandung (1c) im Bereich des Rohrendes (1') in die Endlage (1c'), die in Fig. 5 übertrieben angedeutet ist, führt aufgrund der nun dem Rohr eingeprägten Vorspannung einerseits dazu, daß sich das Rohr im Bereich seines freien Endes (1c) während der beim Löten erfolgenden Erwärmung nicht nach innen verformt und einfällt. Andererseits führt diese Vorspannung auch dazu, daß sich die Rohrwandungen (1c') kraftschlüssig und fest an die Innenwand der Öffnungen (2) des Rohrbodens (3) anlegen, so daß hier keine Spaltbildung vor oder während des Lötvorganges befürchtet zu werden muß, die anschließend zu einer undichten Lötung führt. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung führt daher bei der Montage zu einem Aufspreizeffekt im Bereich der Rohrenden, der in einfacher und vorteilhafter Weise dazu ausgenützt wird, sowohl das Einfallen der Rohrenden zu verhindern als auch eine un­ erwünschte Spaltbildung im Bereich der Öffnungen (2) der Rohr­ böden.

Die Fig. 6 und 7 zeigen lediglich beispielhaft, daß anstelle von zwei Sicken (5), wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 4, auch drei Sicken (5') verteilt über die Breite eines Flachrohres (1) vorgesehen sein können und daß diese Sicken (5') nicht unbedingt mit einer abgeflachten Innenfläche (5a) versehen zu sein brauchen. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 6 und 7 nämlich sind die Sicken (5') auf ihrer jeweils an der be­ nachbarten Sicke anliegenden Seite abgerundet ausgebildet. Auch in diesem Fall stellt sich der gewünschte Abstützeffekt ein und es wird auch eine ausreichende Verlötung an diesen Stellen be­ wirkt.

Die Fig. 8 zeigt, daß es selbstverständlich auch möglich ist, die Noppen auch als runde Stütznoppen (15) oder in anderer Weise auszubilden, solange der angestrebte Effekt aufrechterhalten bleibt. Die Stütznoppen (15) sind punktförmig aus den Flachrohren (1) herausgedrückt.

Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform mit runden Stütznoppen (15), aber bei einer Bauart, bei der die Rohr/Bodenverbindung aus Buntmetall besteht. Das Buntmetallrohr (14) ist in der Regel sehr viel schmäler, etwa maximal 20 mm breit, als entsprechende Flachrohre aus Aluminium, wie sie in den anderen Beispielen gezeigt sind.

Es ist natürlich auch möglich, an den freien Rohrenden (1') - s. Fig. 5 - aller Ausführungsbeispiele, so wie beim Stand der Technik, noch nach innen gebogene Laschen vorzusehen, um hier zusätzlich noch Abstützstege im Außenbereich zu erhalten.

Claims (7)

1. Wärmetauscher, insbesondere Wasser/Luft-Kühler, beste­ hend aus mehreren Flachrohren (1), die mit ihren Seiten­ flächen parallel zueinander ausgerichtet und mit beiden Enden (1') in Öffnungen (2) von Rohrböden (3) dicht gehalten sind, wobei zwischen den Flachrohren lamellen­ artige Wärmetauschrippen (4) eingesetzt und im Bereich der Rohrböden Abstützstellen zwischen den Rohrwänden je­ des Flachrohres vorgesehen sind, die ein Einfallen der Rohre verhindern, dadurch gekennzeichnet, daß die Ab­ stützstellen (5, 5') auf der von den freien Rohrenden (1') abgewandten Seite der Rohrböden (3) im Bereich der Wärmetauschrippen (4) vorgesehen und als aneinanderlie­ gende Noppen (5, 5') ausgebildet sind, die aus gegenü­ berliegenden Rohrwandungen (1b, 1b') nach innen herein­ gedrückt sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Noppen als runde Stütznoppen (15) ausgebildet sind.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Noppen als in Rohrlängsrichtung verlaufende Si­ cken (5, 5') ausgebildet sind.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Sicken (5, 5') etwa dem Abstand des oberen Sickenrandes vom freien Rohrende (1') entspricht.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Noppen (5') einen abgerundeten Querschnitt aufweisen.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Noppen (5) einen abgeflachten Querschnitt mit einer Anlagefläche (5a) auf der Innen­ seite aufweisen.

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (ℓ2) der Noppen (5, 5') von der Rohrbodenebene (6) in etwa der Länge (ℓ1) der nach der anderen Seite der Rohrbodenebene (6) überste­ hende Teile der freien Rohrenden (1') entspricht.