DE4120442A1 - Flachrohrwaermetauscher, herstellungsverfahren desselben und anwendungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Flachrohrwärme­ tauscher gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ein solcher Flachrohrwärmetauscher ist beispielsweise aus der EP-B1 02 55 313 oder der eigenen EP-A3 03 74 896 der Anmelderin bekannt. Die Erfindung betrifft ferner ein Herstellungsverfahren eines Flachrohrwärmetauschers sowie Anwendungen.

Bei den genannten bekannten Flachrohrwärmetauschern sind die Schmalseiten der Flachrohre mit einem Halbkreisbogen gerundet, dessen Radius dem halben Abstand d der Flachseiten eines Flachrohres entspricht. Dies ist die meistgebrauchte Schmalseitenausbildung von Flachrohrwärmetauschern, die für verschiedene Anwendungszwecke in Massenfertigung hergestellt werden.

Daneben ist es noch bekannt, die Schmalseiten der Flachrohre rechteckig, mit abgerundeten Kanten oder dachförmig mit stumpfem Scheitelwinkel des Daches auszubilden. In all die­ sen Fällen sind die Lamellen nur mit den Flachseiten benachbar­ ter Flachrohre verlötet, und es besteht dementsprechend das Be­ streben, die Erstreckungslänge dieser Flachseiten möglichst groß zu wählen. Es kommt dabei jedoch vor, daß die nur an fla­ chen Flächen verlöteten Lamellen vor dem Verlöten verrutschen. Dies führt neben einer optischen Störung der Oberfläche des Wärmetauschers zu einer vergrößerten realen Bautiefe desselben und darüber hinaus gelegentlich sogar zu Störungen der wärme­ leitenden Verbindung zwischen den Flachrohren und den Lamellen.

Darüber hinaus erweisen sich die bekannten Profilie­ rungen der Schmalseiten der Flachrohre als nur bedingt strö­ mungsgünstig bezüglich des die Lamellen durchstreichenden äuße­ ren Wärmetauschfluids, z. B. eines Luftstroms.

Schließlich sind die bekannten Profile der Schmalsei­ ten der Flachrohre gegen Steinschlag bei Anordnung im Motorraum eines Kraftwagens empfindlich.

Der Erfindung liegt daher zunächst die Aufgabe zu­ grunde, die Verbindungsgüte der Lamellen mit den Flachrohren zu verbessern und dabei Gesichtspunkten der äußeren Strömungsdyna­ mik Rechnung zu tragen, wobei im Falle der Anwendung des Flach­ rohrwärmetauschers in einem Kraftwagen auch die Steinschlagge­ fahr gemindert werden soll.

Diese Aufgabe wird bei einem Flachrohrwärmetauscher mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 durch dessen kennzeichnenden Merkmale gelöst.

Indem nach der Erfindung die gerundeten Schmalseiten mit einer langgestreckteren Rundung als bisher versehen werden, wird der cW-Wert, d. h. der Widerstandsbeiwert des Wärmetau­ schers in bezug auf die Strömung des äußeren Wärmetauschmedi­ ums, verringert und dadurch der Druckverlust des äußeren Wärme­ tauschmediums reduziert. Dabei wird bei Einbau in Kraftfahrzeu­ gen zugleich äußerer Steinschlag besser abgeleitet, soweit er nicht unmittelbar den Scheitelbereich der gerundeten Schmalsei­ ten trifft. Darüber hinaus bieten die langgestreckten gerunde­ ten Schmalseiten die Möglichkeit, daß nunmehr die Lamellen nicht nur an den Flachseiten benachbarter Flachrohre anliegen, sondern die Flachrohre auch noch über eine nennenswerte Länge des Profils formschlüssig umgreifen und so gegen ein Verrut­ schen in Längsrichtung L des Flachrohrprofils vor dem Verlöten durch Formschluß gesichert sind.

Bei den Flachrohrwärmetauschern, auf welche sich die Erfindung mit ihrem Oberbegriff bezieht, ist die Längserstrec­ kung l der halbkreisförmig gerundeten Schmalseite des jeweili­ gen Flachrohres gleich dem halben Abstand d der Flachseiten des Flachrohres. Die anderen erwähnten bekannten Flachrohrwärmetau­ scher haben sogar noch kleinere Werte l. Dies ist kein Zufall, weil man bisher eine möglichst lange Verlötungsstrecke längs der Flachseiten des Flachrohrprofils angestrebt hat. Die Erfin­ dung geht bewußt von diesem bisherigen Konstruktionsprinzip al­ ler bekannten Flachrohrwärmetauscher ab zugunsten der erwähnten neuen Wirkungen. Dabei wird darüber hinaus sogar die Verlö­ tungsstrecke der Lamellen längs des Flachrohrprofils noch ver­ größert, da erstmalig eine Verlötung auch in Teilbereichen der gerundeten Schmalseiten des Flachrohres erfolgt.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 2 wird der erfin­ dungsgemäße Effekt einer langgestreckten Ausbildung der gerun­ deten Schmalseiten der Flachrohre noch wesentlich stärker aus­ geprägt.

Es ist möglich, die langgestreckt gerundeten Schmal­ seiten der Flachrohre mit sich kontinuierlich ändernder Krüm­ mung zu gestalten, beispielsweise längs einer Ellipse. Kon­ struktiv einfacher und zugleich für die praktischen Bedürfnisse völlig ausreichend ist jedoch eine Zusammensetzung der Krümmung aus Kreisbögen unterschiedlicher Radien. Dabei reicht es im Grenzfall völlig aus, einen ersten Kreisbogen zur Bildung des Scheitels der gerundeten Schmalseite zu verwenden und den An­ schluß dieses Kreisbogens durch einen einzigen weiteren Kreis­ bogen zu beiden Seiten des Scheitels bis in die Flachseiten vorzunehmen. Bei mehr als zwei Kreisbögen mit unterschiedlichem Radius erfolgt dann entsprechend der Übergang vom Scheitel in die Flachseiten über eine Folge von Kreisbögen mit vom Scheitel zu den Flachseiten jeweils zunehmendem Radius.

Rein theoretisch wäre es denkbar, die Lamellen mit den gerundeten Schmalseiten der Flachrohre bis zum Scheitel der Flachrohre zu verlöten und insoweit die Umgreifung der Flach­ rohre hundertprozentig zu gestalten. Aus materialtechnischen Gründen, nämlich zum Vermeiden eines Reißens von Lamellen bei zu großer Verformung, wird jedoch vorzugsweise die Maßnahme nach Anspruch 4 vorgesehen, die Lamellen mindestens bis an die beiden Tangentialebenen an die Scheitelpunkte der Schmalseiten im nicht mit den Schmalseiten verlöteten Bereich frei weiterzu­ führen.

Diesen Gedanken der freien Weiterführung kann man da­ bei nach Anspruch 5 noch steigern, indem die weitergeführten Lamellenbereiche die gerundeten Schmalseiten der Flachrohre mindestens teilweise nach außen hin abdecken und so einen zu­ sätzlichen Beschädigungsschutz, z. B. gegen Steinschlag bei Kraftfahrzeugen, bilden. Würde man nämlich bei den bekannten Flachrohrwärmetauschern die nur an den Flachseiten angelöteten Lamellen über die gedachten Tangentialebenen an die Scheitel­ punkte der gerundeten Schmalseiten der Flachrohre überstehen lassen, so erhielte man dabei rechteckig vorstehende Lamellen­ konturen ohne Überdeckung der gerundeten Schmalseiten der Flachrohre; dabei wären derartig überstehende Lamellen mecha­ nisch unstabil, da sie bis zu den verlöteten Bereichen mit den Flachseiten der Flachrohre über eine relativ große Strecke frei hervorstehen. Da bei der erfindungsgemäßen Anordnung eine Ver­ lötung auch mit relativ großen Abschnitten der gerundeten Schmalseiten der Flachrohre erfolgt, ist die freie Überstands­ strecke demgegenüber weitaus geringer, was wiederum zu relativ größerer mechanischer Stabilität führt.

Anspruch 6 gibt einen konstruktiv besonders einfachen Weg der Schaffung des Überstandes mit gutem Überdeckungsgrad mit einem konstruktiv schon vorhandenen Krümmungsradius an. Dem steht nicht entgegen, daß man die Lehre des Anspruchs 5 auch mit unterschiedlichen Krümmungsgraden, ja gegebenenfalls gar in linearer Fortsetzung hinter dem verlöteten Bereich, erfüllen kann, je nachdem wie die gewünschten Abdeckungsverhältnisse der gerundeten Schmalseiten der Flachrohre gewählt sind.

Jedenfalls kann man im Rahmen des Anspruchs 5 frei zwischen einer vollständigen oder nahezu vollständigen Überdec­ kung der gerundeten Schmalseiten der Flachrohre und verbleiben­ den zentralen Restspalten wählen.

Bei Flachrohrwärmetauschern der Bauart, auf die sich die Erfindung bezieht, besteht allgemein das Problem, daß in Strömungsrichtung des äußeren Wärmetauschmediums die Bautiefe des Sammlers größer ist als die Länge L des Profils des Flach­ rohres. Wenn beispielsweise gemäß der EP-B1 02 55 313 der Samm­ ler ein Rundrohr ist, bei dem die Flachrohre in Schlitze dicht verlötet eingeschoben sind, trägt die durch den Sammler be­ dingte zusätzliche Bautiefe in Strömungsrichtung des äußeren Wärmetauschmediums mindestens das Doppelte der Wandstärke des Rundrohres, in Praxis noch zuzüglich eines etwa eine weitere Wandstärke ausmachenden Einbauspiels. Bei einer Bautiefe von 16 mm im Bereich der Lamellenverrippung der Flachrohre kommt man dabei auf eine minimale Bautiefe im Bereich der Sammler von 19 mm. Die Bautiefe im Bereich der Sammler ist dabei das bestim­ mende Maß beim Einbau etwa in einen Kraftwagen. Allgemein be­ steht dabei die Tendenz, dieses Einbaumaß so gering wie möglich zu halten, da davon die Gesamtlänge des Kraftwagens bzw. dessen Motorraums einschließlich des mit dieser Längenproblematik ver­ bundenen Materialverbrauchs beim Kraftfahrzeugbau selbst ab­ hängt. Eine Einsparung von 3 mm Bautiefe im Sammlerbereich führt je nach Fahrzeugtyp zu einer Einsparung von 10 bis 20 kg Fahrzeuggewicht, insbesondere Blech.

Auch wenn man nicht wie im Falle der zuletzt erwähn­ ten EP-B1 02 55 313 integrale Rundrohre benutzt, sondern den Sammler aus zwei (oder mehr) Teilen zusammensetzt, ergibt sich eine vergleichbare Problematik. So ergibt der in dieser Hin­ sicht auch schon optimierte Sammler gemäß dem eigenen deutschen Gebrauchsmuster G 90 15 090.2 im Sammlerbereich unter Einschluß des Montagespiels auch einen Bautiefenüberstand von drei bis vier Wandstärken des Sammlers.

Diese beiden bekannten Sammlerbauarten verkörpern da­ bei das Optimum dessen, was man an Bautiefeneinsparung im Samm­ lerbereich bisher bei Flachrohrwärmetauschern mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 für erreichbar gehalten hat.

Die erfindungsgemäße langgestreckte Gestaltung der gerundeten Schmalseiten der Flachrohre ermöglicht es nun, im Sinne von Anspruch 7 die in die Schlitze eines Sammlers belie­ biger Bauart eingesteckten Enden der Flachrohre durch Verfor­ mung in Längsrichtung L des Flachrohrprofils so weit zu verjün­ gen, daß dabei der sonst auftretende Bautiefenüberstand des Sammlers mindestens teilweise oder ganz kompensiert werden kann, im Grenzfall sogar eine geringere Bautiefe des Sammlers als die Länge L des Flachrohrprofils denkbar ist. Dem entspre­ chen die Angaben von Anspruch 10, während die Ansprüche 8 und 9 zwei alternative bevorzugte Verformungsergebnisse beschreiben.

Als Materialien für die Flachrohre, die Lamellen und die Sammler kommen alle in diesem Zusammenhang bekannten Me­ talle oder Metallersatzstoffe in Frage. So könnte man gegebe­ nenfalls den Sammler beispielsweise auch aus einem Kunststoff herstellen, wenn die Verlötungsmöglichkeit, oder ein Äquiva­ lent, sichergestellt ist, im Falle des Kunststoffs z. B. eine Kunststoffverschweißung. In erster Linie kommen, wie auch schon beim Stand der Technik, die Materialien gemäß Anspruch 11 in Frage.

Praktisch besonders interessant ist der Fall, daß die Flachrohre Strangpreßprofile sind. Dabei kann man beispiels­ weise auch innere Versteifungen, wie die bekannten Zwischen­ stege, bei der Strangpreßfertigung mit gewinnen und so in einem Arbeitsgang das ganze Flachrohr als Massenartikel herstellen. Daneben ist es noch bekannt, Flachrohre mehrteilig mit Einfü­ gung gesonderter Versteifungen zu fertigen.

Insbesondere für den Fall der Herstellung der Flach­ rohre als Strangpreßprofile, aber auch allgemein, sind die Maß­ angaben der Ansprüche 14 bis 17 bevorzugt und entsprechen in ihren Größenordnungen auch im Vergleich mit Wettbewerbs-Wärme­ tauschern nach derzeitigem Stand der Technik optimalen Bedin­ gungen. Entsprechendes gilt bezüglich der Lamellendecke für An­ spruch 18.

Anspruch 19 ergibt eine zusätzliche mechanische Ver­ festigung in Ergänzung zu deren besserer Verlötung an den Flachrohren.

Es ist bisher schon bekannt, Flachrohre, die keine Zwischenversteifung besitzen, nach Einstecken in Schlitze eines Sammlers mechanisch aufzuweiten. Dies ist bei solchen Flachroh­ ren bekannt, die in druckarmen Wasserkühlern oder Heizungswär­ metauschern bei Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Damit kann man die Dichtheit der Flachrohre gegen den Sammler und die Si­ cherheit der Verlötung verbessern.

Die Merkmale des Verfahrensanspruchs 22 übertragen diese Möglichkeit nunmehr auch auf solche Flachrohre, welche zwischen ihren Flachseiten Zwischenversteifungen, insbesondere Querstege, aufweisen. Die entsprechende Verformung der Enden der in die Schlitze eingesteckten Flachrohre läßt sich dabei besonders gut bei Wärmetauschern mit den Merkmalen der Ansprü­ che 20 und 21 gemäß der Erfindung vornehmen. Insbesondere, aber nicht ausschließlich, ist dabei das Verfahren nach Anspruch 23 vorgesehen, welches zu einem Wärmetauscher mit den Merkmalen mindestens von Anspruch 9 führt.

Die erfindungsgemäßen bzw. erfindungsgemäß herge­ stellten Wärmetauscher finden ihre Hauptanwendungsgebiete als Massenartikel in den Anwendungsfällen der Ansprüche 24 und 25. Daneben kommen aber auch andere bekannte Anwendungen, wie bei­ spielsweise als Kühler oder als Verdampfer, in Frage. Wegen der in Frage kommenden Stückzahlen sind auch dabei Anwendungsfälle im Kraftfahrzeugbau bevorzugt, ohne daß Anwendungsbereiche in anderen Anwendungsfeldern, gegebenenfalls auch stationären An­ ordnungen, ausgeschlossen sein sollen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen noch näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Flachrohrwärmetau­ scher gemäß der Erfindung in Strömungsrichtung des äußeren Wär­ metauschmediums, insbesondere von Luft;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Flachrohrwärmetauschers gemäß Fig. 1 in Erstreckungsrichtung der Sammler;

Fig. 3 eine Darstellung des Profils eines Flachroh­ res, wie es in der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 Ver­ wendung findet;

Fig. 4 in vergrößerter Darstellung eine Teilansicht von Fig. 3 mit angelöteter Lamelle;

Fig. 5 einen vergrößerten Teilschnitt nach der Linie V-V in Fig. 1;

Fig. 6 einen vergrößerten Teilschnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 1 durch einen Sammler und ein Endstück eines in den Sammler eingesteckten Flachrohres;

Fig. 7a in vergrößerter Darstellung einen Profilab­ schnitt eines Flachrohres unter Einschluß einer gerundeten Schmalseite sowie die

Fig. 7b und 7c zwei alternative Stauchungszustände des Flachrohrabschnittes nach Fig. 7a.

Der Flachrohrwärmetauscher 2 gemäß Fig. 1 weist zwei parallele Sammler 4 auf, welche ohne Beschränkung der Allge­ meinheit die Bauart des deutschen Gebrauchsmusters G 90 15 090.2 haben. Die Sammler haben zueinander parallele Rohrböden 6, die in äquidistanten Abständen und bei den beiden Sammlern einander gegenüberliegend mit Schlitzen 8 versehen sind. In diese Schlitze 8 greifen Enden 10 jeweils eines Flachrohres 12 ein. Die Flachrohre 12 sind dabei mit den Sammlern 4 gasdicht und damit auch flüssigkeitsdicht verlötet. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die zueinander parallelen Flachseiten 14 der Flachrohre 12 in Längsrichtung L des Flachrohrprofils in Strömungsrichtung (Pfeil A) des äußeren Wärmetauschmediums ver­ laufen. Die Flachrohre 12 sind mit einer Wärmetauschverrippung in Gestalt von Flach- oder Zickzack-Lamellen 16 versehen, die an ihren den Flachseiten 14 der Flachrohre 12 benachbarten Rän­ dern 18 mit den Flachseiten 14 der Flachrohre 12 verlötet sind.

Der Umfang des jeweiligen Sammlers 4 ist aus zwei Bauteilen 20 und 22 zusammengesetzt, von denen das Bauteil 20 den Rohrboden bildet. Der Rohrboden 20 weist die Schlitze 8 für die Aufnahme der in sie eingesteckten Flachrohrenden 10 auf, von denen im Querschnitt nach Fig. 6 nur eines zu sehen ist. Das zweite Bauteil 22 ergänzt zusammen mit dem ersten Bauteil 20 den Umfang des Sammlers 4. Stirnseitig sind meist gesonderte Kappen am Sammler 4 aufgesteckt; man könnte jedoch auch diese Kappen integral an eines der Bauteile 20 oder 22 anformen. Ge­ sonderte Kappen sind jedoch sinnvoll vorzusehen, wenn in bevor­ zugter Weise das zweite Bauteil 22 ein Strangpreßprofil ist.

Das erste Bauteil 20 ist zweckmäßig beidseitig hart­ lotbeschichtet. Das zweite Bauteil 22 ist zweckmäßig lotfrei ausgebildet.

Beide Bauteile 20 und 22 überlappen sich in zwei sich längs des Sammlers 4 erstreckenden Verbindungszonen 24 in drei Lagen, wobei in der Überlappungszone insbesondere eine Hartlot­ verbindung unter Verwendung der Hartlotbeschichtung des ersten Bauteils 20 vorhanden ist.

Man erkennt aus Fig. 6, daß das Flachrohrende 10 so tief in den Sammler durch den jeweiligen Einsteckschlitz 8 ein­ gesteckt ist, daß noch etwa parallele Wandstege 26 über die in­ nenliegende Stirnseite 28 der Flachrohre 12 hinausragen. Das hat zur Folge, daß auch die beiden Verbindungszonen 24 über den Stirnseiten 28 gelegen sind. Die Wandstege 26 werden jeweils von einer gabelförmigen Ausbildung 30 an den beiden Rändern des zweiten Bauteils 22 umfaßt und bilden im dreilagigen Verbin­ dungsbereich die jeweilige Verbindungszone 24.

Der jeweils innenliegende Arm 32 der gabelförmigen Ausbildung 30 ist bei dieser Anordnung bereits weiter innen als die Schmalseiten der Mündung 28 der Flachrohre 12 angeordnet, so daß die Wandstärke des innenliegenden Arms 32 der gabelför­ migen Ausbildung 30 zu der Bautiefe nichts mehr beiträgt, ande­ rerseits entsprechend den Festigkeitsverhältnissen ungeschwächt ausgebildet werden kann. Der jeweils außenliegende Arm 34 der gabelförmigen Ausbildung 30 kann dann, wie bereits erwähnt, mit geringerer Wandstärke ausgebildet sein, wie dies auch in Fig. 6 dargestellt ist. Mit dem Grund der gabelförmigen Ausbildung 30 ist dabei der jeweils außenliegende Arm 34 über eine Sollbiege­ linie in Form einer Längsnut 36 an der Innenseite des außenlie­ genden Arms 34 am Grund der gabelförmigen Ausbildung 30 zusam­ menhängend, so daß der außenliegende Arm 34 leicht auswärts ge­ spreizt werden kann. Dies fördert eine an sich angestrebte Klemmverbindung zwischen den beiden Armen 32 und 34 der gabel­ förmigen Ausbildung 30 einerseits und den Wandstegen 26 ande­ rerseits.

Das erste Bauteil 20 wird vorteilhaft mit seinen Schlitzen 8 als Flachteil gefertigt und von vornherein mit der beidseitigen Lotbeschichtung 38 versehen und dann erst aufge­ wölbt. Anschließend werden zweckmäßig die Flachrohre 12 in die Aufnahmeschlitze 8 eingesteckt und in diesen mechanisch aufge­ weitet. Dann wird, wie dies weiter unten noch mehr im einzelnen erläutert ist, das zweite Bauteil 22 mit seinen gabelförmigen Ausbildungen 30 auf die Wandstege 26 des ersten Bauteils 20 aufgeschoben. Schließlich werden die erforderlichen Hartlotver­ bindungen einerseits in den Verbindungszonen 24 und anderer­ seits zwischen den Flachrohren 12 und den Aufnahmeschlitzen 8 in einem Lötofen gebildet.

Der eine Sammler 4 ist mit mindestens einer Trennwand 52 sowie an einer Seite der Trennwand mit einem Einlaß 54 und an der anderen Seite der Trennwand mit einem Auslaß 56 für ein inneres Wärmetauschmedium versehen. Wenn dann der andere Samm­ ler ohne eine derartige Trennwand ausgebildet ist, fließt das innere Wärmetauschmedium vom Einlaß 54 durch den angeschlosse­ nen Teil des Sammlers und die daran angeschlossenen Flachrohre 12 bis zum gegenüberliegenden Sammler und dann durch die ande­ ren Flachrohre 12 zurück in die andere Abteilung des erstge­ nannten Sammlers und aus diesem aus dem Auslaß 56 heraus. In bekannter Modifikation kann man auch den erstgenannten Sammler mit mehr als einer Trennwand und den anderen Sammler dann eben­ falls mit mindestens einer Trennwand, im allgemeinen dann einer um eins verminderten Anzahl von Trennwänden, so versehen, daß das innere Wärmetauschmedium mehrfach durch kleinere Gruppen von Flachrohren hin und her zwischen den Sammlern gelenkt wird. Schließlich kann man auch bei Verwendung einer hinreichenden Anzahl von Trennwänden in einem Sammler, der mit Einlaß 54 und Auslaß 56 versehen ist, auf den zweiten Sammler ganz verzichten und diesen gegebenenfalls durch Haarnadelumleitungen ersetzen.

Das Profil der Flachrohre 12 ist aus Fig. 3 in Ver­ bindung mit den Fig. 4 und 5 ersichtlich.

In der Schnittebene der Fig. 3 hat das Profil eine Profillänge L. Das Profil ist dabei spiegelbildlich zur gedach­ ten Längsmittelebene B-B ausgebildet, zu deren beiden Seiten sich parallele Profilwände 40 erstrecken, die außen die beiden zueinander parallelen Flachseiten 14 bilden. Die parallelen Wände 40 sind dabei durch senkrecht zu ihnen stehende Zwischen­ stege 42 gegeneinander versteift, wobei hier ohne Beschränkung der Allgemeinheit im ganzen vier äquidistante Zwischenstege vorgesehen sind. Die parallelen Wände 40 setzen sich in gerun­ deten Wänden 44 fort, die in einem Scheitel 46 des Profils en­ den und gemeinsam gerundete Schmalseiten 50 des Profils erge­ ben. Die Längserstreckung einer dieser gerundeten Schmalseiten in Richtung des Maßes L hat hier jeweils das Maß l. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 schließen die gerundeten Schmal­ seiten 50 an den am weitesten außenliegenden Zwischensteg 42 an. Dies ergibt sich hier aus der Konstruktion des Bereichs des Scheitels 46 mit einem äußeren Kreisbogen mit dem Radius r1 und jeweils zu beiden Seiten des Scheitels anschließenden Kreisbö­ gen mit einem äußeren Radius r2, der tangential in die Flach­ seiten 14 einmündet. Bei dieser Konstruktion ergibt sich ein Innenradius r3, welcher bei stranggepreßten Flachrohren aus praktischen Herstellungsgründen nicht kleiner als 0,2 mm ge­ wählt ist. Über die Wandstärke ergibt sich dabei der Radius r1 mit r3 zuzüglich der Wandstärke, hier r1=0,6 mm (Wandstärke des Flachrohres 0,4 mm), während r2=7 mm gewählt ist.

Die Darstellung von Fig. 3 ist dabei etwa im Verhält­ nis 1 : 8 maßstabgetreu.

Wie besonders deutlich aus Fig. 3 wird, sind die La­ mellen 16 nicht nur mit den Flachseiten 14 der Flachrohre 12, sondern auch noch mit den Bereichen 58 der gerundeten Schmal­ seiten verlötet, und zwar bei der in Fig. 3 gewählten Konstruk­ tion aus zwei Kreisbögen r1 und r2 längs der gesamten Länge der beiden Kreisbögen mit Radius r2.

Aus den Fig. 4 und 5 ist in Strichelung eine gedachte Tangentialebene C an die nebeneinander liegenden Scheitel 46 benachbarter Flachrohre 12 zu entnehmen. Aus Fig. 3 ersieht man ferner, daß sich die Lamellen 16 zu beiden Seiten der gerunde­ ten Schmalseite 50 in Nachbarschaft des Kreisbogens mit dem Ra­ dius r1 mit dem Radius r2 frei weiter erstreckt, und zwar nicht nur bis zur Tangentialebene C, sondern noch über diese hinaus. Dabei bilden die an der Stirnseite des Wärmetauschers geradli­ nig miteinander fluchtenden Kanten 60 der Lamellen 16 zwischen sich nur noch einen kleinen Spalt 62 gegenüber dem Scheitel 46 des Flachrohres.

Im Anschluß an die Kanten 60 ist die Lamelle 16 mit einer Wellung 64 versehen, die gegenüber der sonst im wesentli­ chen ebenen Lamellenebene beidseitig vorspringt und den frei von den Flachrohren hervorspringenden Lamellenbereich steift. Dieser Bereich ist sowieso relativ klein, da ja gemäß Fig. 3 die Lamelle bis nahe an ihren Scheitel 46, d. h. im Bereich des ganzen Kreisbogens mit dem Radius r2, verlötet ist.

Gemäß Fig. 6 ist ferner die Länge S des jeweiligen Schlitzes 8 im Sammler 4 kleiner als die Länge L des Profils gemäß Fig. 3 des Flachrohres im Bereich der Verrippung mit den Lamellen 16. Die Enden 10 der Flachrohre können trotzdem in die Schlitze 8 eingesteckt werden, weil sie gegenüber dem sonstigen Profil gemäß Fig. 3 der Flachrohre 12 eingezogen sind. Die En­ den 10 der Flachrohre 12 gehen dabei über eine außerhalb des Sammlers gelegene Übergangszone 66 in das normale Profil der Flachrohre gemäß Fig. 3 über.

Die Möglichkeit der Einziehung der Enden 10 der Flachrohre beruht auf der gewählten Gestalt der gerundeten Schmalseiten 50 der Flachrohrprofile. Wenn diese in Längsrich­ tung ihres Profilquerschnittes gemäß Fig. 7b oder Fig. 7c ge­ staucht werden - was in praktisch verwertbarer Weise nur auf­ grund der relativ langgestreckten Gestalt der gerundeten Schmalseiten 50 der Profile möglich ist -, erhalten die Rohren­ den 10 eine verkleinerte wirksame Länge, die ein Einstecken in die Schlitze 8 ermöglicht.

Die Fig. 7b und 7c veranschaulichen dabei zwei bevor­ zugte Möglichkeiten dieser Längsstauchung der Profile. Nach Fig. 7b erfolgt die Verformung unter Rohrstauchung an den ge­ rundeten Schmalseiten 50 in Längsrichtung der Flachrohrprofile unter Beibehaltung der Länge der neutralen Faser 68 (strichpunktiert eingezeichnet). Nach Fig. 7c erfolgt demgegen­ über die Verformung unter Rohrstauchung an den gerundeten Schmalseiten 50 in Längsrichtung der Flachrohrprofile bei gleichzeitiger Stauchung der Materialwandstärke, so daß die strichpunktiert eingezeichnete neutrale Faser sich verkürzt. Man erkennt dabei eine Materialansammlung insbesondere in den Eckbereichen der Stirnseiten des gestauchten Profils, wie dies etwa an einer Ecke mit dem Bezugszeichen 70 angedeutet ist. Diese Stauchungsart kann dabei so weit gehen, daß sich im Scheitelbereich des gestauchten gerundeten Abschnitts 50 eine zentrale Falte 72 bildet. Wenn man dann den nächstkommenden Zwischensteg 42 freischneidet, wie dies durch den gestrichelt eingezeichneten Einschnitt 74 in Fig. 7c dargestellt ist, kann man das in den Schlitz 8 eingreifende Ende 10 des Flachrohres durch einen Aufweitdorn gegen den in Fig. 7c gestrichelt einge­ zeichneten Rand des Schlitzes 8 aufweiten und dabei die zunächst gebildete Falte 72 wieder strecken und dabei in gerade Anlage an die Schmalseite des Randes des Schlitzes bringen. Die Länge der zunächst gebildeten Falte kann dabei nutzbar gemacht werden, um beim Aufweiten die sonst besonders kritischen Eckbe­ reiche des Schlitzes zu füllen. Diese Art der Aufweittechnik setzt dabei eine zweiteilige Ausbildung des Sammlers aus den beiden Bauteilen 20 und 22 voraus, wobei dann das deckelartige Bauteil 22 nach dem Aufweiten auf das den Rohrboden bildende Bauteil 20 aufgesetzt wird.

Auch im Außenbereich ist die Schmalseite des Flach­ rohres bezüglich der Güte der Verlötung kritisch. Der Über­ gangsbereich 66 in das eingezogene Ende 10 bildet dabei mit dem Rohrboden 20 einen relativ spitzwinkligen Winkel, der zur Lotaufnahme besonders geeignet ist. Der Übergangsbereich 66 kann außerdem als toleranzausgleichender Anschlag zu einem formschlüssigen Einführen der Rohrenden 10 in die Schlitze 8 des Sammlers 4 dienen.

Claims (25)

1. Flachrohrwärmetauscher (2) mit mehreren Flachrohren (12), deren Schmalseiten (50) gerundet sind, und mit zwischen den Flachseiten (14) der Flachrohre (12) angeordneten Lamellen (16), die an ihren den Flachseiten benachbartern Rändern (18) mit den Flachseiten der Flachrohre verlötet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Längserstreckung l der jeweiligen gerundeten Schmalseite (50) des jeweiligen Flachrohres (12) größer ist als der halbe Abstand d der Flachseiten (14) des Flachrohres (12) und
daß die Lamellen (16) auch mit Abschnitten (58) bei­ der gerundeten Schmalseiten (50) des Flachrohres (12) verlötet sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Längserstreckung l größer ist als der Abstand d der Flachseiten (14).

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Rundung der Schmalseite (50) aus Kreisbögen verschiedenen Radius (r1, r2), vorzugsweise Kreisbögen mit zwei verschiedenen Radien, zusammengesetzt ist, wobei ein Kreisbogen mit minimalem Radius (r1) den Scheitel (46) der Schmalseite (50) bildet und Kreisbögen jeweils zunehmenden Radius (r2) beidseitig anschließen.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Lamellen (16) sich von den mit den gerundeten Schmalseiten (50) verlöteten Bereichen (58) frei mindestens bis an die beiden gedachten Tangentialebenen (C) an die Scheitelpunkte (16) der gerundeten Schmalseiten erstrecken.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lamellen (16) mindestens an einer Schmalseite (50) der Flachrohre (12) über die betreffende gedachte Tangential­ ebene (C) überstehen.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der sich frei erstreckende Bereich der Lamelle (16) dem letzten Krümmungsradius (r2) im mit der gerundeten Schmalseite (50) verlöteten Bereich (58) folgt.

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit mindestens einem Sammler (4) mit Schlitzen (8), in die benach­ barte Enden (10) der Flachrohre (12) unter dichter Verlötung eingesteckt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (8) jeweils eine geringere Länge (S) als die Flachrohre (12% Länge L) zwischen den Scheitelpunkten (46) ihrer gerundeten Schmal­ seiten (50) innerhalb ihrer Verrippung mit den Lamellen (16) haben und daß längs der Eingriffsstrecken der Enden (10) der Flachrohre (12) in dem Sammler (4) die im Bereich der Verrip­ pung gerundeten Schmalseiten (50) der Flachrohre (12) derart verformt sind, daß die Flachrohre (12) jeweils eine der Schlitzlänge (S) entsprechende verringerte Länge haben.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Verformung eine Rohrstauchung an den gerundeten Schmalseiten (50) in Längsrichtung der Flachrohrprofile unter Beibehaltung der Länge der neutralen Faser (68) darstellt (Fig. 7b).

9. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Verformung eine Rohrstauchung an den gerundeten Schmalseiten (50) in Längsrichtung der Flachrohrprofile bei gleichzeitiger Stauchung der Materialwandstärke darstellt, so daß sich die neutrale Faser (68) verkürzt (Fig. 7c).

10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 7 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Bautiefe des Sammlers in Strö­ mungsrichtung (A) des äußeren Wärmetauschmediums längs der La­ mellen (16) höchstens um ein geringeres Maß als die doppelte seitliche Wandstärke des Sammlers (4) größer ist als die Bau­ tiefe der Flachrohre (12) im Bereich deren Verrippung.

11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Flachrohre (12), die Lamellen (16) und/oder der jeweilige Sammler (4) aus Al oder einer Al- Legierung, vorzugsweise AlMn1, bestehen.

12. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die Flachrohre (12) Strangpreßprofile sind.

13. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Flachrohre (12) im Bereich von 0,2 bis 0,6 mm liegt.

14. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß die Flachrohre (12) im Bereich ihrer Verrippung eine Querschnittslänge L von 12 bis 25 mm, vorzugs­ weise 15 bis 20 mm, haben.

15. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß beide gerundeten Schmalseiten (50) der Flachrohre (12) zusammen 40 bis 50% von deren Quer­ schnittslänge L ausmachen.

16. Wärmetauscher nach nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand d der Flachseiten (14) des jeweiligen Flachrohres (12) 2 bis 4 mm beträgt.

17. Wärmetauscher nach nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß am Scheitelpunkt (46) der ge­ rundeten Schmalseite des jeweiligen stranggepreßten Flachrohres (12) der Innenradius mindestens 0,2 mm und der Außenradius min­ destens 0,6 mm beträgt.

18. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 17, da­ durch gekennzeichnet, daß die Lamellendicke 0,12 bis 0,2 mm be­ trägt.

19. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 18, da­ durch gekennzeichnet, daß die freien Ränder der Lamellen (16) eine aus der sonstigen Lamellenebene beidseitig herausragende Wellung (64) aufweisen.

20. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 19, da­ durch gekennzeichnet, daß die Flachrohre (12) mit Zwischenver­ steifungen (Querstege 42) zwischen ihren Flachseiten (14) aus­ gebildet sind.

21. Wärmetauscher nach Anspruch 20, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zwischenversteifungen Querstege (42) sind, vor­ zugsweise in gegenseitigem Abstandsmaß von 1 bis 2 d.

22. Verfahren zum Herstellen eines Flachrohrwärmetau­ schers (12), bei dem Enden (10) von Flachrohren (12), die eine Zwischenversteifung zwischen ihren Flachseiten aufweisen, in Schlitze (8) eines Sammlers (4) eingesteckt und mit diesem dicht verlötet werden, insbesondere zum Herstellen eines Wärme­ tauschers nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Schlitze (8) des Sammlers (4) eingesteckten Enden (10) der Flachrohre (12) von ihrer Zwischenversteifung (42) freigeschnitten und gegen den Schlitzumfang des Sammlers (4) aufgeweitet werden.

23. Verfahren nach Anspruch 22 zum Herstellen eines Wär­ metauschers mindestens nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die gerundeten Schmalseiten (50) der in den Samm­ ler (4) eingreifenden Enden (10) der Flachrohre (12) so weit gestaucht werden, daß sich im Scheitelbereich (46) des ge­ stauchten gerundeten Abschnittes (50) eine zentrale Falte (72) bildet und daß dann die Aufweitung gegen den Schlitzumfang des Sammlers unter Streckung der zentralen Falte (72) vorgenommen wird.

24. Anwendung eines Wärmetauschers nach einem der Ansprü­ che 1 bis 21 oder eines nach dem Verfahren der Ansprüche 22 oder 23 hergestellten Wärmetauschers (2) als Verflüssiger einer Fahrzeugklimaanlage.

25. Anwendung eines Wärmetauschers nach einem der Ansprü­ che 1 bis 21 oder eines nach dem Verfahren der Ansprüche 22 oder 23 hergestellten Wärmetauschers (2) als Motor-, Getriebe- oder Hydraulik-Ölkühler eines Kraftfahrzeugs.