DE4446754A1 - Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, insbesondere eines Kühlers für eine Verbren­ nungskraftmaschine für den Antrieb eines Kraftfahrzeuges, bei dem parallel zueinander angeordnete Flachrohre mit jeweils dazwischen angeordneten Rippen zu einem Rippenrohrblock durch quer zu den Rohrachsen verlaufende Kräfte zusammengedrückt und anschließend verlötet werden.

Verfahren dieser Art sind bekannt. Die nach diesem Verfahren hergestellten Wärmetauscher besitzen Flachrohre mit parallel zueinander verlaufenden Flanken, wobei jeweils die Außensei­ ten dieser Flanken mit Wellrippen, die über die gesamte zwi­ schen den Rohrböden verlaufende Rohrlänge eine konstante Wel­ lungshöhe aufweisen, verlötet sind. Bei solchen Wärmetau­ schern kann es zu Beschädigungen der Verbindung zwischen Wellrippen und Flachrohren kommen, wenn der Flüssigkeitsdruck im Inneren der Rohre so hoch wird, daß die Flanken der Flach­ rohre nach außen gedrückt werden und so zu einer Beschädigung der Lötverbindung zwischen Wellrippen und Rohren führen kön­ nen. Dies gilt insbesondere dann, wenn von der heute üblichen Vakuumlötung auf neue Lötverfahren übergegangen werden soll, die wirtschaftliche Vorteile bieten.

Um den Berstdruck auf ein akzeptables Niveau anzuheben, hat man daher Turbulenzeinlagen in den Rohren vorgesehen, die aber den Herstellungsaufwand erhöhen.

Bei Wärmetauschern mit durch Öffnungen eines Rippenstapels gefädelten Flachrohren (DE-OS 28 39 142), hat man, um einen guten Wärmekontakt zwischen den Rändern der Öffnungen in dem Rippenstapel und den Rohren zu erreichen, den Öffnungen auch schon eine Form gegeben, bei der die später mit den Flanken der Flachrohre in Berührung kommenden Öffnungsseiten konvex nach innen gebogen sind, so daß sich bei dem entweder durch das Durchziehen einer Olive oder durch Druckerhöhung im Inne­ ren des Rohres ergebenden Aufweiten des Rohres dieses sich auch besonders gut im Bereich der parallelen Flanken an die Rippen anlegt. Bei solchen Bauarten wird der Rippenrohrblock aber nicht, wie bei der eingangs genannten Gattung, durch zwischen den Rohren angeordnete Rippen gebildet.

Es ist auch bekannt (DE 31 04 010 A1), Rohre in ihren Endbe­ reichen, mit denen sie in den Rohrböden gehalten werden, in die Form einer "8" zu bringen, ehe sie in die mit Dichtungen versehenen Durchzüge in den Rohrböden eingeschoben werden. Mit dieser Maßnahme soll eine besonders gute Abdichtung im Rohrbodenbereich aufgrund der Elastizität der Rohrwandungen erhalten werden. Mit der Befestigung von Rippen an der Seite von Flachrohren hat diese Ausgestaltung aber nichts zu tun.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß auf einfa­ che Weise sowohl der erforderliche innige Kontakt der Rippen mit den Rohrflanken erreicht wird, daß aber vor allen Dingen auch der Berstdruck erhöht werden kann, ohne daß umständliche Maßnahmen notwendig sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren der ein­ gangs genannten Art vorgesehen, daß die Rippen jeweils an ih­ ren an den Rohren anliegenden Kanten zur Rohrachse hin konvex gewölbt werden und erst dann zwischen die Flachrohre einge­ setzt und gegen die Rohre gedrückt werden, so daß diese im Bereich der Rippen seitlich eingedrückt werden, ehe die Ver­ lötung stattfindet. Durch diese Maßnahme erhalten die Rohre im Querschnitt eine Art Knochenform, wie sie bei anderen Wär­ metauscherbauarten für einen anderen Zweck zwar grundsätzlich schon bekannt ist. Durch das neue Herstellungsverfahren blei­ ben die Flachrohre im Bereich ihrer Enden, also da, wo sie in den Rohrböden gehalten sind, aber in ihrer ursprünglichen Form, so daß die bisher zur Verbindung der Rohrböden mit den Rohren bekannten Maßnahmen beibehalten werden können, dennoch aber eine Belastung der neuen Wärmetauscher mit einem höheren Innendruck möglich ist, weil die im Bereich der Rippen dann vorliegende Querschnittsform der Rohre sehr viel widerstands­ fähiger gegen von innen her wirkende Kräfte ist.

In Weiterbildung der Erfindung kann bei einem Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers mit Wellrippen, deren Kanten durch die Knickfalten eines im Zick-Zack in mindestens einem Zahnwalzenpaar gefalteten Metallstreifens gebildet sind, vor­ gesehen werden, daß die konvexe Wölbung durch Zahnpaarungen hergestellt wird, bei denen die Zähne jeweils konvex und die diesen zugeordneten Zahnlücken in der jeweils anderen Walze konkav ausgebildet sind. Durch diese Maßnahmen ergibt sich die gewünschte Ausbauchung oder Bombierung eines Wellrippen­ streifens, der dann beim Kassettieren zum gewünschten Einbeu­ len der geraden Rohrflanken dient. Dabei kann die konvexe Wölbung der Kanten der Wellrippen so weit gehen, daß die Rohrwandungen soweit nach innen gedrückt werden, daß sie an­ einander anliegen. Es muß dann dafür gesorgt werden, daß der verbleibende Querschnitt groß genug ist, um die gewünschte Wärmetauschleistung zu erreichen.

In Weiterbildung der Erfindung können zunächst noch offene Flachrohre vorgesehen werden, die aus zu einer Rohrform gebo­ genen Streifen gebildet werden, deren eine Mantellinie des Rohres bildende Kanten lose aneinandergelegt und erst beim Verlöten miteinander verbunden werden. Solche beim Kasset­ tiervorgang noch nicht zur Rohrform geschlossene Streifen lassen sich schon mit verhältnismäßig geringen Kräften zu der gewünschten Knochenform verformen, ehe die endgültige und dichte Rohrform durch die Verlötung hergestellt wird.

In Weiterbildung dieses Gedankens können die Kanten teilweise in das Rohrinnere hereingebogen werden, ehe das Zusammen­ drücken stattfindet. Sie können dann nämlich bei der durch das Andrücken der Wellrippen erfolgenden Verformung als innerer Anschlag dienen, der ein zu weites Zusammendrücken der Rohr­ wandungen verhindert. Auf diese Weise kann der verbleibende freie Durchtrittsquerschnitt innerhalb des Rohres bestimmt werden.

Um schließlich den erforderlichen Andruck auf die Flanken der Rohre zu gewährleisten, kann auch noch vorgesehen werden, daß an der Stelle der größten Breite der konvexen Wölbung der Wellrippen ein quer zur der Wellung der Rippen und parallel zu den Rohrachsen verlaufender Versteifungssteg eingesetzt wird.

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

Fig. 1 den schematischen Teilschnitt durch das rechte obe­ re Ende eines Rippenrohrblockes nach der Erfindung vor dem Aufsetzen des Kühlmittelkastens,

Fig. 2 die vergrößerte Darstellung des Teilschnittes nach der Schnittlinie II-II durch den Wärmetauscher der Fig. 1,

Fig. 3 die schematische Darstellung des Herstellungsvor­ ganges für die Rohrformen der Fig. 2,

Fig. 4 eine Variante eines Flachrohres zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor dem Zusammen­ bau zu einem Wärmetauscher und

Fig. 5 das Flachrohr der Fig. 4 im Einbauzustand nach oder während des Kassettierens.

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines Wärmetauschers (1) ge­ zeigt, der als Kühler für einen Kraftfahrzeugmotor dient. Die Fig. 1 zeigt den Wärmetauscher (1) dabei noch im Zustand ohne aufgesetzten Kühlmittelkasten.

Der Wärmetauscher (1) besteht aus mehreren parallel zueinan­ der angeordneten Flachrohren (2), zwischen denen jeweils Wellrippen (3) so angeordnet sind, daß die durch die Faltun­ gen gebildeten Kanten (3a) eng an den Seitenflanken der Flachrohre (2) anliegen und mit diesen verlötet sind. Die Flachrohre (2) sind an ihren oberen und unteren Enden (die unteren Enden sind nicht gezeigt) in Rohrböden (4) eingescho­ ben und in entsprechenden Öffnungen des Rohrbodens (4) dicht gehalten. In bekannter Weise strömt im Betrieb - wenn die Rohrböden mit entsprechenden Kühlmittelkästen versehen sind - das Kühlmittel durch die Rohre (2) zu einem weiteren Kühlmit­ telkasten, während die zur Kühlung dieser den Motor durch­ strömenden Flüssigkeit dienende Luft senkrecht zur Zeichene­ bene zwischen den Wellrippen (3) und längs der Flanken der Flachrohre (2) strömt.

Aus der Fig. 2 ist erkennbar, daß die Kanten (3a) der Well­ rippen (3) konvex nach außen gewölbt sind, so daß dadurch bei der Herstellung des Wärmetauschers (1), die noch beschrieben werden wird, sich die Seitenflanken der Flachrohre (2) konkav nach innen eindrücken und die Flachrohre (2) im Einbauzustand eine Art Knochenform erhalten. Fig. 2 zeigt ferner, daß die Wellrippen (3) jeweils mit quer zu ihren Kanten (3a) verlau­ fenden Versteifungsstegen (5) versehen sein können, die durch entsprechende Öffnungen der Wellrippen längs durchgesteckt sind. Diese Versteifungsstege (5) verlaufen in der Mitte der Wellrippen (3), d. h. in dem Bereich, in dem diese Wellrippen die größte Ausbauchung an ihren Kanten und die große Breite aufweisen. Diese größte Breite liegt, wie Fig. 2 zeigt, auch in der Mittelquerebene der Flachrohre (2).

Die Fig. 3 erläutert schematisch die Art der Herstellung des neuen Wärmetauschers in einer etwas perspektivischen Ansicht der zusammenzubauenden Teile von oben, wobei nur ein Flach­ rohr (2) und die beiden an dieses Flachrohr angrenzenden Wellrippen (3) gezeigt sind. Natürlich schließen sich an die beiden gezeigten Wellrippen (3) wiederum weitere Flachrohre außen an, die ihrerseits von Wellrippen eingefaßt sind.

Bei der Herstellung des Wärmetauschers (1) geht man zunächst so vor, daß man die Wellrippen (3), die üblicherweise schon durch das Verformen eines Metallstreifens in Zahnwalzenpaaren hergestellt werden, mit den vorher geschilderten konvex aus­ gebauchten Kanten (3a) versieht. Dies kann dadurch geschehen, daß die Zähne der Zahnpaarungen jeweils konvex und die diesen zugeordneten Zahnlücken in der jeweils anderen Walze konkav ausgebildet sind, so daß sich nach dem Durchlaufen der Zahn­ walzenpaare die bombierte Ausbildung der Wellrippen (3) in der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Weise ergibt. Die Wellrip­ pen (3) werden dann auf eine der Länge der Flachrohre (2) entsprechende Länge gebracht und mit den Versteifungsstegen (5) versehen. Danach werden sie zusammen mit den Flachrohren dem sogenannten Kassettierungsvorgang zugeführt, bei dem Flachrohre (2) und Wellrippen (3) abwechselnd aneinanderlie­ gend zusammengefügt und dann durch seitliche Kräfte im Sinn der Pfeile (6) gegeneinandergedrückt werden. Durch die konve­ xe Wölbung der Kanten (3a) der Wellrippen (3) entsteht bei diesem Zusammenpressen die aus Fig. 2 ersichtlichen Knochen­ form der Flachrohre (2), d. h., daß die wegen ihrer Größe re­ lativ nachgiebigen Seitenflanken konvex nach innen gedrückt werden. Ist dieser Vorgang beendet, erfolgt das Verlöten und es entsteht die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Endform des Wär­ metauschers (1), bei der die Flachrohre keine parallel zuein­ ander verlaufenden Seitenflanken besitzen. Es hat sich ge­ zeigt, daß diese Rohrform besonders widerstandsfähig gegen Drücke im Inneren der Rohre, d. h. innerhalb des Kühlmittelsy­ stems, sind und der Berstdruck eines solchen Wärmetauschers wesentlich höher sein kann als bei Wärmetauschern mit Flach­ rohren, deren Seitenflanken parallel zueinander verlaufen.

Wie aus dem Vorstehenden deutlich wird, beschränkt sich der Bereich der eingedrückten Seitenflanken der Flachrohre (2) auf den Bereich der Wellrippen. In ihren Endbereichen bleiben die Flachrohre unverformt und können daher auch in bekannter Weise mit den Rohrböden (4) dicht verbunden werden.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine Abwandlung eines für die Her­ stellung des neuen Wärmetauschers verwendbaren Flachrohres (7). Dieses Flachrohr (7) wird gemäß Fig. 4 zunächst aus ei­ nem Metallstreifen gebogen, dessen Enden Kanten (8) haben, die in das Innere des später gebildeten Rohres (7) hereinge­ bogen sind und im Zustand der Fig. 4 noch lose aneinander an­ liegen.

Nach Fig. 5 werden die so hergestellten und noch nicht ge­ schlossenen Flachrohre (7) dem Kassettierungsvorgang zuge­ führt und durch die dann ausgeübten Zusammendrückkräfte (6) an ihren Flanken konvex nach innen gewölbt. Dies kann, wie Fig. 5 zeigt, so weit erfolgen, daß die nach innen umgeboge­ nen Kanten (8) an der gegenüberliegenden Flanke (7a) zur An­ lage kommen und als Abstützsteg gegen ein weiteres Zusammen­ drücken dienen. In der Lage nach Fig. 5 erfolgt dann das Ver­ löten und - natürlich - die seitliche Einfassung von Rohren (2) und Wellrippen (3) durch die aus Fig. 1 ersichtlichen Seitenteile (9).

Die Ausführungsform der Fig. 4 und 5 stellt dabei sicher, daß sich durch den Kassettierungsvorgang stets die gleiche Zusam­ mendrückung der Rohre (7) zu einer vorbestimmten Knochenform ergibt, ohne daß beim Zusammendrücken auf die Einhaltung ganz bestimmter Kräfte geachtet werden müßte. Da bei der Ausfüh­ rungsform der Fig. 4 und 5 ein Mittelsteg innerhalb der lichten Weite der Flachrohre (7) in Form der angelöteten Kan­ ten (8) vorliegt, ist diese Ausführungsform ganz besonders für hohe Innendrücke des Kühlmittelsystems geeignet.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, insbeson­ dere eines Kühlers für eine Verbrennungskraftmaschine für den Antrieb eines Kraftfahrzeuges, bei dem parallel zu­ einander angeordnete Flachrohre mit jeweils dazwischen angeordneten Rippen zu einem Rippenrohrblock durch quer zu den Rohrachsen verlaufende Kräfte zusammengedrückt und anschließend verlötet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (3) jeweils an ihren an den Rohren (2) anlie­ genden Kanten (3a) zur Rohrachse hin konvex gewölbt wer­ den und erst dann zwischen die Flachrohre eingesetzt und gegen die Rohre gedrückt werden, so daß diese im Bereich der Rippen (3) seitlich eingedrückt werden, ehe die Ver­ lötung statt findet.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung eines Wärmetau­ schers mit Wellrippen, deren Kanten durch die Knickfalten eines im Zick-Zack in mindestens einem Zahnwalzenpaar ge­ falteten Metallstreifens gebildet wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die konvexe Wölbung durch Zahnpaarungen hergestellt wird, bei denen die Zähne jeweils konvex und die diesen zugeordneten Zahnlücken in der jeweils anderen Walze konkav ausgebildet sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch vor dem Verlöten noch offene Flachrohre, die aus zu einer Rohr­ form gebogenen Streifen gebildet werden, deren eine Man­ tellinie bildende Kanten (8) lose aneinandergelegt und erst beim Verlöten miteinander verbunden werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten (8) teilweise in das Rohrinnere hereingebogen werden, ehe das Zusammendrücken stattfindet.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten (8) so weit in das Rohrinnere hereingebogen werden, daß sie nach dem Zusammendrücken an der geschlos­ senen Rohrseite (7a) anliegen, ehe die Verlötung statt­ findet.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stelle der größten Breite der konvexen Wölbung ein quer zur der Wellung der Rippen (3) und parallel zu den Rohrachsen verlaufender Versteifungssteg (5) eingesetzt ist.

7. Wärmetauscher bestehend aus einem verlöteten Rippenrohr­ block mit parallel zueinander angeordneten Flachrohren und jeweils zwischen diesen zugeordneten Rippen, insbe­ sondere Wellrippen, der nach dem Verfahren eines der An­ sprüche 1 bis 6 hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (3) jeweils an ihren an den Rohren (2) an­ liegenden Kanten (3a) zur Rohrachse hin konvex gewölbt ausgebildet sind, und daß die Rohre (2) an ihren den Rip­ pen zugewandten Seitenflanken entsprechend der Wölbung der Rippenkanten konkav nach innen gewölbt sind.