DE69514288T2

DE69514288T2 - Wärmetauscher mit gestapelten Flachrohren und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE69514288T2
Application number: DE1995614288
Authority: DE
Inventors: Erik Dahl
Original assignee: Valeo Engine Cooling AB
Current assignee: Titanx Engine Cooling AB
Priority date: 1994-07-12
Filing date: 1995-07-05
Publication date: 2000-08-31
Anticipated expiration: 2015-07-06
Also published as: DE69514288D1; EP0692691A1; SE9402473L; EP0692691B1; SE9402473D0; SE515934C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, welcher die Merkmale gemäß Oberbegriff zu Anspruch 1 umfaßt. Ein derartiger Wärmetauscher wird z. B. in US-A-5 121 790 offenbart. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Wärmetauschers.
Ein Wärmetauscher kann z. B. als Ölkühler in einem Fahrzeug zur Kühlung von Getriebeöl, Motoröl oder von Hydrauliköl dienen, das für die hydraulisch angetriebenen Komponenten des Fahrzeugs verwendet wird. Ein derartiger Ölkühler wird im Wasserkasten, der Teil eines Fahrzeugkühlers bildet, angeordnet, so daß die Flüssigkeit im Hauptkühler als Kühlmedium für das Öl genutzt wird.
Ölkühler für Motoren im oberen und mittleren Leistungsbereich müssen eine erhebliche Wärmemenge abführen. Da die Fahrzeugkühler heute immer kleiner und kompakter gebaut werden, ist es dringend erforderlich, daß der Ölkühler, der in den zunehmend kleineren Wasserkasten des Hauptkühlers eingesetzt werden soll, so effizient wie möglich konstruiert wird.
Ein herkömmlicher Ölkühler dieses Typs, der selbst eine hohe Kühlleistung hat, wird in SE-B-462, 059 (entsprechend US-A-5 121 790) offenbart. Die Beschreibung dieses schwedischen Patents erläutert einen Wärmetauscher, der in einen Wasserkasten eines Fahrzeugkühlers eingesetzt wird. Der Wärmetauscher hat einen Wärmetauscherblock, der eine Reihe flacher Rohre umfaßt, die übereinander gestapelt angeordnet sind und von denen jedes eine obere Rohrhälfte und eine untere Rohrhälfte umfaßt, deren Kanten dichtend aneinander anliegen. Die oberen Rohrhälften sind mit einem nach unten gebogenen, am Umfang verlaufenden Kantenflansch versehen, und die unteren Rohrhälften sind mit einem nach oben gebogenen, am Umfang verlaufenden Kantenflansch versehen, wobei die genannten Flansche einen Überlappstoß bilden. Die Rohre sind weiterhin an ihren jeweiligen Endabschnitten mit Öffnungen versehen, die einerseits dazu dienen, Flüssigkeit in den Wärmetauscher und aus dem Wärmetauscher zu leiten, und andererseits dazu dienen, Flüssigkeit zu den gestapelten Rohren zu verteilen und Flüssigkeit, die von diesen zurückläuft, zu sammeln. Die Öffnungen der Rohre sind mit Bunden versehen, um einen Abstand zwischen den einzelnen Rohren zu schaffen, so daß äußere oberflächenvergrößernde Elemente zwischen den Rohren angeordnet werden können.
Die vorbeschriebene Konstruktion hat eine gute Kühlleistung, ist jedoch in anderen Hinsichten mit einer Reihe von Nachteilen verbunden. Wie bereits erwähnt, besteht jedes Rohr aus zwei Rohrhälften, die miteinander hartverlötet sind. Die Lötnähte sind lang, und somit besteht eine erhebliche Gefahr, daß die Verbindung zwischen den Rohrhälften an einem Punkt in Längsrichtung der Rohre undicht wird. Es ist offen sichtlich, daß dies ein ernsthaftes Problem darstellt, da in einem solchen Fall Wasser in das Öl gelangt.
Die Rohrhälften sind nicht gegeneinander austauschbar, was bedeutet, daß das Zusammenbauen des Wärmetauschers zeitaufwendig ist, da die betreffenden Teile sortiert und auf eine festgelegte Weise gestapelt werden müssen, damit der Wärmetauscher die gewünschte Form erhält.
Die Herstellung der Rohrhälften ist ebenfalls aufwendig, da sie durch Pressen geformt werden, wobei in mehreren Arbeitsschritten teure Werkzeuge zum Einsatz kommen. Da die Rohrhälften unterschiedliche Abmessungen haben, ist außerdem die doppelte Anzahl an Werkzeugen erforderlich.
Es sind zwei weitere Dokumente bekannt, in denen jeweils Endverschlüsse für das Verschließen der Enden von ganzen Rohren offengelegt werden, und zwar EP-A- 0106479 und WO-A-92/08090. Die Endverschlüsse sind in beiden Fällen Platten mit kanalförmigen Vertiefungen.
Es besteht daher ein Bedarf an einer Lösung, die eine Verbesserung gegenüber der vorbeschriebenen Konstruktion darstellt.
Eine Aufgabe der Erfindung ist ein Wärmetauscher und ein Verfahren für seine Herstellung, wobei der Wärmetauscher einfach und kostengünstig hergestellt werden kann und gleichzeitig eine hohe Kühlleistung bietet.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist ein Wärmetauscher, bei dem auch bei hoher Kühlleistung eine geringere Gefahr von Undichtigkeiten besteht als bei Wärmetauschern nach dem Stand der Technik.
Eine besondere Aufgabe der Erfindung ist ein Wärmetauscher, bei dem die Verbindung der Teile, die zum Wärmetauscher gehören, vereinfacht wird.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Wärmetauscher umfassend
einen Wärmetauscherblock, der eine Reihe von flachen Rohren umfaßt, welche übereinander gestapelt angeordnet sind und einen im wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt haben, wobei äußere Oberflächenvergrößerungsmittel zwischen den Rohren und innere Oberflächenvergrößerungsmittel innerhalb der Rohre angeordnet sind;
einen Flüssigkeitszulauf, der durch eine Öffnung in einem ersten Endabschnitt des obersten oder des untersten Rohres gebildet wird;
einen Flüssigkeitsablauf, der durch eine gegenüber dem Flüssigkeitszulauf angeordnete Öffnung in einem zweiten Endabschnitt des obersten oder des untersten Rohres gebildet wird;
einen Zulaufverteilungskanal für das Verteilen der Flüssigkeit zu den gestapelten Rohren und einen Ablaufsammelkanal für das Sammeln der aus den gestapelten Rohren fließenden Flüssigkeit, wobei der Zulaufverteilungskanal und der Ablaufsammelkanal durch Öffnungen in den genannten ersten und zweiten Endabschnitten der Rohre gebildet werden und wobei die Öffnungen paarweise in einer Linie zueinander angeordnet sind und die Kanten von benachbarten Öffnungen dicht miteinander verbunden sind; und
ein Befestigungsglied, welches im Zulauf und im Ablauf angeordnet ist;
dadurch gekennzeichnet, daß die Endabschnitte des jeweiligen Rohrs in Stapelrichtung im Verhältnis zum übrigen Teil des Rohrs weiter sind und daß die gesta pelten Rohre entlang ihrer aufgeweiteten Endabschnitte aneinander anliegen und miteinander verbunden sind und daß die Rohre über ihre verbleibende Länge voneinander beabstandet angeordnet sind, um die äußeren Oberflächenvergrößerungsmittel aufzunehmen, und daß mindestens die Teilstücke der genannten Endabschnitte, die eine Lagerfläche für ein benachbartes Rohr bilden, flach sind;
dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Rohre ganze Rohre sind, in deren Endöffnungen becherförmige Endverschlüsse, deren offene Seite von den Endöffnungen des jeweiligen Rohres nach außen weist, eingesetzt werden, wodurch die Endöffnungen geschlossen werden.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren für die Herstellung eines Wärmetauschers umfassend
einen Wärmetauscherblock, der eine Reihe von flachen Rohren umfaßt, welche übereinander gestapelt angeordnet sind und zwischen denen äußere Oberflächenvergrößerungsmittel angeordnet sind und die Endöffnungen haben;
einen Flüssigkeitszulauf, der durch eine Öffnung in einem ersten Endabschnitt des obersten oder des untersten Rohres gebildet wird;
einen Flüssigkeitsablauf, der durch eine gegenüber dem Flüssigkeitszulauf angeordnete Öffnung in einem zweiten Endabschnitt des obersten oder des untersten Rohres gebildet wird;
einen Zulaufverteilungskanal für das Verteilen der Flüssigkeit zu den gestapelten Rohren und einen Ablaufsammelkanal für das Sammeln der aus den gestapelten Rohren fließenden Flüssigkeit, wobei der Zulaufverteilungskanal und der Ablaufsammelkanal durch Öffnungen in den genannten ersten und zweiten Endab schnitten der Rohre gebildet werden und wobei die Öffnungen paarweise in einer Linie zueinander angeordnet sind und die Kanten von benachbarten Öffnungen dicht miteinander verbunden sind;
und ein Befestigungsglied, welches im Zulauf und im Ablauf angeordnet ist,
das genannte Verfahren umfassend die folgenden Schritte:
Aufweiten der Endabschnitte der Rohre in Stapelrichtung, wodurch jeder Endabschnitt eine oberes flaches Teilstück und ein unteres flaches Teilstück erhält;
Ausstanzen der Öffnung für den Flüssigkeitszulauf im oberen oder im unteren flachen Teilstück des genannten ersten Endabschnitts;
Ausstanzen der Öffnung für den Flüssigkeitsablauf im oberen oder im unteren flachen Teilstück des genannten zweiten Endabschnitts;
Ausstanzen der Öffnungen für den Zulaufverteilungskanal und den Ablaufsammelkanal in den oberen und unteren flachen Teilstücken der Endabschnitte der Rohre;
Einsetzen von Verschlußgliedern in die Endöffnungen der Rohre, wobei das Verschlußglied dadurch gebildet wird, daß ein flacher Endverschlußrohling durch ein Preßwerkzeug in einen durchgehenden Kanal in einem Umformglied gepreßt und auf diese Weise zu einem becherförmigen Endverschluß verformt wird, und wobei der becherförmige Endverschluß dann weiter durch den Kanal und durch die Endöffnung in den Endabschnitt des Rohrs eingedrückt wird, welches in den durchgehenden Kanal des Umformglieds eingesetzt ist;
Stapeln der Rohre übereinander, so daß die Endabschnitte von zwei benachbarten Rohren mit ihren jeweiligen flachen Teilstücken aneinander anliegen;
Anordnen von äußeren Oberflächenvergrößerungsmitteln zwischen den Rohren;
Anordnen des Befestigungsglieds am Flüssigkeitszulauf und am Flüssigkeitsablauf;
Fixieren der zum Wärmetauscher gehörenden Komponenten zueinander; und
Verbinden der genannten Komponenten durch Hartlöten.
Merkmale der Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die Erfindung bietet eine Reihe von erheblichen Vorteilen gegenüber dem obenbeschriebenen vorveröffentlichten Wärmetauscher. Die Konstruktion der Rohre im Wärmetauscherblock als Flachrohre mit geformten Endabschnitten bedeutet, daß die Rohre als Meterware produziert und anschließend abgelängt werden können, bevor die Endabschnitte geformt werden. Daraus ergeben sich größere Produktionsserien und damit eine kostengünstigere Produktion.
Die Tatsache, daß die Rohre aus ganzen Rohren bestehen, bedeutet natürlich auch, daß die Rohre auch an ihren Längsseiten nur eine einzige Wand haben, anders als beim obenbeschriebenen herkömmlichen Wärmetauscher, bei dem die Längsseiten durch den Überlappstoß doppelt ausgeführt sind. Die erfindungsgemäßen Rohre lassen somit vergleichsweise mehr Raum für eine breitere Oberflächenvergrößerungsanordnung im Rohrinnern, die zu einer insgesamt besseren Wärmeübertragung zwischen dem Öl innerhalb des Rohrs und der Flüssigkeitsmischung, die das Rohr außen umströmt, führt. Auch die Tatsache, daß die Rohrwand selbst dünner ist, bedeutet eine Verbesserung der Wärmeübertragung.
Durch die Erfindung entfällt auch die Notwendigkeit, obere und untere Rohrhälften zu verwenden, die auf eine bestimmte Art und Weise positioniert werden müssen, um den Wärmetauscherblock zu bilden.
Die Konstruktion der Rohre macht es außerdem möglich, äußere Oberflächenvergrößerungsmittel an der Außenseite des obersten und des untersten Rohrs anzuordnen, wobei dennoch eine gedachte gerade Linie von dem einen Befestigungsglied über das äußere Oberflächenvergrößerungsmittel zu dem anderen Befestigungsglied oder von einer ersten äußeren Verstärkungsplatte über das äußere Oberflächenvergrößerungsmittel zu einer zweiten Verstärkungsplatte erhalten bleibt. Eine solche gedachte gerade Linie ist wichtig für die Fixierung des kompletten Wärmetauschers vor einem nachfolgenden Lötvorgang.
Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen Zeichnungen zeigt
Abb. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Ölkühlers, der bereits montiert und teilweise im Schnitt dargestellt ist;
Abb. 2 eine Draufsicht auf einen Endabschnitt des erfindungsgemäßen Ölkühlers;
Abb. 3 einen Querschnitt des geformten Endabschnitts eines Rohrs, das zu einem erfindungsgemäßen Ölkühler gehört;
Abb. 4 einen Querschnitt des übrigen Teils eines Rohrs, das zu einem erfindungsgemäßen Ölkühler gehört;
Abb. 5 und Abb. 6 eine schematische Seitenansicht, teilweise im Schnitt, die das Einsetzen der inneren Oberflächenvergrößerungsmittel in das Rohr verdeutlicht;
Abb. 7 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, die das Formen der Endabschnitte der Rohre verdeutlicht.
Abb. 8 eine Frontalansicht, teilweise im Schnitt, die das Formen der Endabschnitte der Rohre zeigt;
Abb. 9a-c das Ausstanzen einer ersten oberen Öffnung in den Endabschnitten der Rohre;
Abb. 10a-c das Ausstanzen einer zweiten unteren Öffnung in den Endabschnitten der Rohre;
Abb. 11a-c das Ausformen eines Flanschs an der zweiten unteren Öffnung;
Abb. 12 einen Teil eines Aluminiumblechs mit zwei Endverschlußrohlingen zum Verschließen der Rohrenden;
Abb. 13 eine schematische Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Vorrichtung für das Verschließen der Rohrenden;
Abb. 14a eine Frontalansicht eines fertigen Endverschlusses;
Abb. 14b einen Querschnitt des Endverschlusses in einer Seitenansicht;
Abb. 15 einen Schnitt des obersten oder untersten Rohrs im Wärmetauscherblock nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
In den Zeichnungen werden gleiche Teile mit gleichen Ziffern bezeichnet.
Abb. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Ölkühler, der einen Wärmetauscherblock 2 hat, umfassend ein oberstes flaches Rohr 4, ein unterstes flaches Rohr 6 und eine Reihe von flachen Zwischenrohren 8, welche übereinander gestapelt angeordnet sind, um den Rohrstapel 10 zu bilden. Jedes Rohr hat einen ersten Endabschnitt 12 und einen zweiten Endabschnitt 13, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, und einen übrigen oder mittleren Abschnitt 14. Der mittlere Abschnitt 14 ist über einen kegelförmigen Übergangsabschnitt 15 mit dem jeweiligen Endabschnitt 12, 13 verbunden, um eine sanfte Änderung der Form zu erreichen. Die beiden Endabschnitte 12, 13 haben eine flache Oberseite 17, eine flache Unterseite 19 und zwei flache Kantenseiten 21, so daß sich ein rechtwinkliger Querschnitt jedes Endabschnitts 12, 13 ergibt. Der mittlere Abschnitt 14 des Rohrs hat ebenfalls einen rechtwinkligen Querschnitt, aber der Querschnitt der Endabschnitte 12, 13 unterscheidet sich vom Querschnitt des mittleren Abschnitts dadurch, daß der Querschnitt der Endabschnitte 12, 13 in Stapelrichtung der Rohre aufgeweitet ist. Der Querschnitt der Endabschnitte 12, 13 hat in diesem Fall eine Höhe, die größer ist als die Höhe des mittleren Abschnitts 14 des Rohrs, und eine Weite, die kleiner ist als die Weite des mittleren Abschnitts des Rohrs, wie aus Abb. 3 und 4 ersichtlich ist.
Der Wärmetauscherblock 2 hat außerdem innere Oberflächenvergrößerungsmittel 16 zur Erhöhung der Wärmeübertragungsfähigkeit, welche innerhalb jedes Rohrs 4, 6, 8 angeordnet sind und sich in Längsrichtung des Rohrs im wesentlichen über die gesamte Länge des mittleren Abschnitts 14 des Rohrs erstrecken.
Die Rohre liegen an ihren Endabschnitten 12, 13 aneinander an und sind an ihren Endabschnitten 12, 13 miteinander verbunden auf eine Weise, die nachfolgend näher beschrieben wird, und dies bedeutet, daß die Rohre entlang ihrer mittleren Abschnitte 14 in Stapelrichtung voneinander beabstandet sind.
Der Wärmetauscherblock 2 umfaßt weiterhin äußere Oberflächenvergrößerungsmittel zur Erhöhung der Wärmeübertragungsfähigkeit, welche einerseits zwischen den Rohren angeordnet und mit diesen verbunden sind und andererseits außen auf der Oberseite des obersten Rohrs 4 und der Unterseite des untersten Rohrs 6 angeordnet und mit diesen verbunden sind. Die äußeren Oberflächenvergrößerungsmittel 18 erstrecken sich im wesentlichen über die gesamte Länge des mittleren Abschnitts 14 der Rohre. Die Rohre 4, 6, 8 sind weiterhin an ihren Endöffnungen durch Verschlußglieder in Form von becher- oder kastenförmigen Endverschlüssen 20 verschlossen, die mit ihren offenen Seiten von der Endöffnung des Rohrs nach außen weisend in die genannte Endöffnung eingepreßt werden. Der becherförmige Endverschluß 20 liegt in diesem Fall mit seinen Seiten an der Innenseite des Rohrs an, was eine lange Lötnaht ermöglicht.
Das oberste Rohr 4 und die Zwischenrohre 8 sind jeweils an der Oberseite der Endabschnitte 12, 13 des jeweiligen Rohrs mit einer oberen Öffnung 22 und an der Unterseite der Endabschnitte 12, 13 des jeweiligen Rohrs mit einer unteren Öffnung 24 versehen. Die oberen und unteren Öffnungen 22, 24 sind in einer Linie zueinander ausgerichtet, und die Rohre werden so übereinander gestapelt, daß die Öffnungen von zwei benachbarten Rohren ebenfalls in einer Linie zueinan der ausgerichtet sind. Die untere Öffnung ist an ihrem Umfang mit einem umlaufenden Flansch 26 versehen, der sich im wesentlichen rechtwinklig zur Ebene der Öffnung 24 und nach unten in die obere Öffnung 22 des benachbarten Rohrs erstreckt. Der Flansch 26 der unteren Öffnung 24 ist in diesem Fall im Eingriff mit der Kante der genannten oberen Öffnung 22, um zwei benachbarte Rohre ineinander zu führen und zueinander zu fixieren.
An seinen beiden Endabschnitten 12, 13 ist das unterste Rohr 6 nur mit einer oberen Öffnung 22 ausgeführt, die in einer Linie zur unteren Öffnung 24 des untersten der Zwischenrohre ausgerichtet ist.
Die obere Öffnung 22 am ersten Endabschnitt 12 des obersten Rohrs 4 bildet einen Flüssigkeitszulauf 28, und die obere Öffnung 22 am zweiten Endabschnitt 13 des obersten Rohrs bildet einen Flüssigkeitsablauf 30 (nicht abgebildet), d. h. der Flüssigkeitszulauf 28 und der Flüssigkeitsablauf 30 sind in demselben Rohr ausgebildet. Die anderen Öffnungen, die an den jeweiligen ersten Endabschnitten 12 der Rohre einander gegenüberliegend angeordnet sind, bilden einen Zulaufverteilungskanal 32 für die Verteilung von Flüssigkeit zu den gestapelten Rohren, während die anderen Öffnungen, die an den jeweiligen zweiten Endabschnitten 13 der Rohre einander gegenüberliegend angeordnet sind, einen Ablaufsammelkanal (nicht abgebildet) bilden, der zum Sammeln der aus den gestapelten Rohren fließenden Flüssigkeit dient.
Ein Befestigungsglied in Form einer Buchse 34 wird in den Zulauf 28 und den Ablauf 30 eingeführt, wobei ein Ende der genannte Buchse 34 mit einem ringförmigen Flansch 36 versehen ist, welcher mit der Außenseite des genannten ersten und zweiten Endabschnitts 12, 13 des obersten Rohrs 4 verbunden ist. Die Buchse 34 erstreckt sich in den Zulaufverteilungskanal 32 und den Ablaufsammelkanal und ist an ihrem anderen Ende in dem entsprechenden Kanal 32 angeordnet. Die Buchse 34 dient zur Aufnahme eines Ölnippels (nicht abgebildet), durch welchen das Öl fließt.
Eine Verstärkungsplatte 38 ist mit Hilfe von Nieten außen an der Unterseite des ersten und zweiten Endabschnitts 12, 13 des untersten Rohrs befestigt. Die genannte Platte dient dazu, die genannte Unterseite zu verstärken, so daß sie widerstandsfähiger gegen Druckbelastungen ist.
Anstelle der Verstärkungsplatte 38 könnte die Unterseite des untersten Rohrs an den ersten und zweiten Endabschnitten so umgeformt werden, daß sie leicht nach innen gebogen ist; dadurch wird ebenfalls eine größere Widerstandsfähigkeit gegenüber Druckbelastungen erreicht. Ein Beispiel eines solchen Rohrs mit einer gebogenen Unterseite ist in Abb. 15 dargestellt. Es ist selbstverständlich auch möglich, die Verstärkungsplatte 38 an der Innenseite der Endabschnitte 12, 13 anzuordnen.
Unter erster Bezugnahme auf die Abb. 5 bis 14 wird im folgenden die Herstellung eines erfindungsgemäßen Ölkühlers beschrieben.
Die zum Wärmetauscherblock gehörenden flachen Aluminiumrohre 4, 6, 8 werden in einem ersten Schritt auf die erforderliche Länge abgelängt, und anschließend wird ein Ende jedes Rohrs in einen Kanal 40 in einem Halteglied 42 eingeführt. Das innere Oberflächenver größerungsmittel wird mit Hilfe eines Stabs 44 durch den Kanal 40 des Halteglieds 42, welcher als Führung dient, in die Rohre 4, 6, 8 eingedrückt. Der Kanal 40 läuft konisch zu, was bedeutet, daß das innere Oberflächenvergrößerungsmittel 16 in vertikaler Richtung leicht zusammengedrückt wird, bevor es in das Rohr eingedrückt wird. Das Eindrücken des inneren Oberflächenvergrößerungsmittel 16 in das Rohr wird in Abb. 5 und 6 dargestellt.
Aus Abb. 7 ist zu ersehen, daß das Rohr 4, 6, 8 anschließend in ein Einspannglied 46 eingesetzt wird, welches in Längsrichtung verstellbar ist und das Rohr 4, 6, 8 entlang des mittleren Abschnitts 14 durch Druck auf die Oberseite und die Unterseite des Rohrs einspannt. Das Aufweiten der ersten und zweiten Endabschnitte 12, 13 des Rohrs in Stapelrichtung der Rohre erfolgt bei eingespanntem Rohr durch das Einführen eines Dorns 48 mit im wesentlichen rechtwinkligem Querschnitt und mit einem konvexen vorderen Ende 49 in den betreffenden Endabschnitt des Rohrs, wobei der Querschnitt höher und schmaler wird als der Querschnitt des mittleren Abschnitts des Rohrs. Das konvexe vordere Ende 49 des Dorns sorgt für einen sanften Übergang von der Form des mittleren Abschnitts 14 zur Form des jeweiligen Endabschnitts 12, 13, wodurch sich der Übergangsabschnitt 15 bildet. Während der Dorn 48 noch in dem inzwischen aufgeweiteten Endabschnitt 12, 13 befindet, wird der genannte Endabschnitt durch ein Druckglied 50, dargestellt in Abb. 8, von oben, von unten und von den Seiten im wesentlichen in gerader Richtung nach innen zusammengedrückt, um eine möglichst rechtwinklige Form zu erhalten, d. h. einen Endabschnitt 12, 13, dessen Ec kenradien so klein wie möglich sind. Hierbei dient der Dorn 48 als Gegenhalter.
Abb. 9 und 10 zeigen, wie die Öffnungen in den entsprechenden Endabschnitten 12, 13 des Rohrs gebildet werden. Der Endabschnitt 12, 13 eines Rohrs, das in Abb. 9b abgebildet ist, wird über einen Dorn 52 geschoben, der in Abb. 9a dargestellt ist und der den Endabschnitt 12, 13 trägt. Die obere Öffnung 22 im Endabschnitt 12, 13 wird dann aus der Oberseite des Endabschnitts 12, 13 durch ein erstes Lochwerkzeug 54 ausgestanzt, wobei der Dorn 52 in dieser Hinsicht gleichzeitig als Schneidplatte dient.
Das oberste Rohr 4 und die Zwischenrohre 8 werden dann jeweils zu einer ersten Schneidplatte 56 bewegt und an einer Kantenfläche 58, die mit der Schneidplatte 56 verbunden ist, zur Anlage gebracht, um die Rohre 4, 8 in der richtigen Position anzuordnen. Die untere Öffnung 24 im Endabschnitt 12, 13 des jeweiligen Rohrs 4, 8 wird dann durch ein weiteres Lochwerkzeug 59 ausgestanzt, wobei die obere Öffnung 22 das Lochwerkzeug 59 in die richtige Position führt. Die Positionen der Öffnungen zueinander sind klar aus Abb. 10b und c ersichtlich.
Nachdem die beiden Öffnungen in den Endabschnitten 12, 13 des Rohrs ausgestanzt worden sind, wird jedes Rohr 4, 8 zu einer zweiten Schneidplatte 60 bewegt, wo die untere Öffnung 24 geflanscht oder mit dem Flansch 26 versehen wird, wie aus den Abb. 11a-c ersichtlich ist. Der Flansch 26 wird durch ein Preßwerkzeug 62 erreicht, das nach unten durch die obere Öffnung 22 geführt wird und den äußersten Kantenbereich der unteren Öffnung 24 nach unten und im we sentlichen rechtwinklig zur Ebene der Öffnung drückt. Auch hier wird eine Kantenfläche 63 verwendet, um das Rohr korrekt zu positionieren.
Nach dem Ausstanzen der unteren Öffnung 24 im untersten Rohr 6 wird dieses mit der Verstärkungsplatte 38 versehen, indem die Verstärkungsplatte außen an der Unterseite der beiden Endabschnitte 12, 13 des untersten Rohrs 6 angenietet wird, wie aus Abb. 1 ersichtlich ist.
Die Endöffnungen aller Rohre 4, 6, 8 werden anschließend auf eine Weise verschlossen, die in Abb. 12 bis 14 dargestellt ist. Ein Endabschnitt 12, 13 des Rohrs 4, 6, 8 wird in einen durchgehenden Kanal 64 in einem Umformglied oder Rahmen 66 von einer Rückseite 68 des Rahmens 66 geschoben, bis es an einer Schulter 70 anliegt, die in dem Kanal ausgeformt ist und deren Weite größer ist als die Wanddicke des Rohrs. Der Kanal ist in Richtung zur Rückseite 68 leicht konisch, um das Einsetzen zu erleichtern. Ein flaches Aluminiumband 72 wird entlang einer der Rückseite 68 gegenüberliegend angeordneten Vorderseite 71 des Rahmens 66 zugestellt, und durch ein Stanzglied 74 wird aus dem genannten Aluminiumband 72 Aluminiumbandmaterial ausgestanzt, welches einen flachen Endverschlußrohling 76 bildet, der mit dem Aluminiumband durch zwei dünne Materialstege 78 verbunden bleibt. Das Stanzglied umfaßt ein Lochwerkzeug 80 und eine Schneidplatte 82, die mit dem Rahmen verbunden ist. Das Aluminiumband 72 und damit der Endverschlußrohling 76 werden dann weiter entlang der Vorderseite 71 des Rahmens 66 zugestellt, bis der Rohling 76 vor dem durchgehenden Kanal 64 im Rahmen 66 angeordnet ist. Ein Preßwerkzeug 84, das sich hin- und herbewegt, preßt anschließend den flachen Endverschlußrohling 76 von der Vorderseite 71 aus in den Kanal 64, wodurch der Rohling verformt wird und ein becher- oder kastenförmiger Endverschluß 20 entsteht. Der Endverschluß 20 wird anschließend weiter durch den Kanal 64 gedrückt, bis seine Seitenkanten an der Schulter 70 anliegen, was dadurch möglich ist, daß die Seitenkanten über die Schulter springen, wodurch sich der Endverschluß 20 innerhalb des Endabschnitts 12, 13 des Rohrs befindet und die Endöffnung des Rohrs verschließt. Auf diese Weise wird verhindert, daß der Endverschluß der Bewegung des Preßwerkzeugs folgt, wenn dieses wieder aus dem Kanal 64 herausgezogen wird.
Das Stapeln der Rohre 4, 6, 8 beginnt damit, daß das äußere Oberflächenvergrößerungsmittel 18, das auf der Außenseite des untersten Rohrs angeordnet ist, auf eine Befestigungsplatte (nicht abgebildet) gesetzt wird. Die Rohre werden dann übereinander gestapelt, wobei die äußeren Oberflächenvergrößerungsmittel 18 zwischen ihnen angeordnet sind und die Endabschnitte der Rohre aneinander anliegen und die Öffnungen 22, 24 in einer Linie zueinander angeordnet sind, was durch die Flansche 26 erleichtert wird. Die Buchse wird in den Flüssigkeitszulauf 28 und den Flüssigkeitsabläuf 30 eingesetzt. Schließlich wird der gesamte Ölkühler in einer Vorrichtung befestigt und in einen Vakuumofen eingeführt, in dem die enthaltenen Teile miteinander durch Hartlöten verbunden werden.
Alle zum Ölkühler gehörenden Teile bestehen aus einer Aluminiumlegierung, und das Hartlöten erfolgt dadurch, daß eine äußere Aluminiumschicht geschmolzen wird und als Lot dient.
Die Erfindung kann auf verschiedene Weise verändert werden, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der in den unabhängigen Ansprüchen definiert wird. Die Befestigungsglieder oder die Buchse können z. B. in unterschiedlichen Rohren angeordnet werden, und das Aufweiten der Endabschnitte der Rohre kann ohne anschließendes Zusammendrücken erreicht werden. Außerdem kann der Kühler auch aus einem anderen Material als Aluminium hergestellt werden.
Zwar wird der obenbeschriebene Wärmetauscher in einen Wasserkasten eines Fahrzeugkühlers eingesetzt, aber die Erfindung ist nicht als darauf beschränkt anzusehen. Es ist ebenso möglich, Luft statt Wasser als Kühlmedium zu verwenden.
Es ist nicht erforderlich, daß das Befestigungsglied in den Zulauf und den Ablauf eingesetzt wird, es kann statt dessen auf der Außenseite des Rohrs angeordnet sein und vom Zulauf und Ablauf hervorragen.

Claims

1. Wärmetauscher umfassend

einen Wärmetauscherblock (2), der eine Reihe von flachen Rohren (4, 6, 8) umfaßt, welche übereinander gestapelt angeordnet sind und einen im wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt haben, wobei äußere Oberflächenvergrößerungsmittel (18) zwischen den Rohren und innere Oberflächenvergrößerungsmittel (16) innerhalb der Rohre angeordnet sind;

einen Flüssigkeitszulauf (28), der durch eine Öffnung (22, 24) in einem ersten Endabschnitt (12) des obersten oder des untersten Rohres (4, 6) gebildet wird;

einen Flüssigkeitsablauf (30), der durch eine gegenüber dem Flüssigkeitszulauf (28) angeordnete Öffnung (22, 24) in einem zweiten Endabschnitt (13) des obersten oder des untersten Rohres (4, 6) gebildet wird;

einen Zulaufverteilungskanal (32) für das Verteilen der Flüssigkeit zu den gestapelten Rohren (4, 6, 8) und einen Ablaufsammelkanal für das Sammeln der aus den gestapelten Rohren fließenden Flüs sigkeit, wobei der Zulaufverteilungskanal und der Ablaufsammelkanal durch Öffnungen (22, 24) in den genannten ersten und zweiten Endabschnitten (12, 13) der Rohre gebildet werden und wobei die Öffnungen paarweise in einer Linie zueinander angeordnet sind und die Kanten von benachbarten Öffnungen dicht miteinander verbunden sind; und

ein Befestigungsglied (34), welches im Zulauf (28) und im Ablauf (30) angeordnet ist;

dadurch gekennzeichnet, daß

die Endabschnitte (12, 13) des jeweiligen Rohrs (4, 6, 8) in Stapelrichtung im Verhältnis zum übrigen Teil des Rohrs weiter sind und

die gestapelten Rohre entlang ihrer aufgeweiteten Endabschnitte (12, 13) aneinander anliegen und miteinander verbunden sind und die Rohre über ihre verbleibende Länge voneinander beabstandet angeordnet sind, um die äußeren Oberflächenvergrößerungsmittel (18) aufzunehmen, und

mindestens die Teilstücke (17, 19) der genannten Endabschnitte (12, 12), die eine Lagerfläche für ein benachbartes Rohr bilden, flach sind;

dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Rohre ganze Rohre sind, in deren Endöffnungen becherförmige Endverschlüsse (20), deren offene Seite von den Endöffnungen des Rohres nach außen weist, eingesetzt werden, wodurch die Endöffnungen geschlossen werden.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (22, 24), die in einer Linie zueinander angeordnet sind, um den Zulaufverteilungskanal (32) und den Ablaufsammelkanal zu bilden, in den ebenen Teilstücken (17, 19) der genannten Endabschnitte (12, 13) gebildet werden.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgeweiteten Endabschnitte (12, 13) von mindestens den Rohren (8), die innerhalb des Rohrstapels angeordnet sind, einen im wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt haben, dessen Höhe größer ist als die Höhe des übrigen Teils des Rohrs und dessen Weite kleiner ist als die Weite des übrigen Teils des Rohrs.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine der genannten Öffnungen (22, 24), die in den genannten Endabschnitten (12, 13) in einer Linie zueinander angeordnet sind, mit einem am Umfang verlaufenden Flansch (26) versehen ist, der sich im wesentlichen radial nach außen aus der Öffnung erstreckt, um als Führung in die zweite der in einer Linie zueinander angeordneten Öffnungen (22, 24) und zur Fixierung dieser gegenüber zu dienen.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verstärkungsplatte (38) außen an einem ersten Endabschnitt (12) des anderen des obersten oder untersten Rohrs (4, 6) und außen an einem zweiten Endabschnitt (13) des anderen des obersten oder untersten Rohrs (4, 6) angeordnet ist, wobei diese Platten (38) gegenüber dem Flüssigkeitszulauf (28) bzw. dem Flüssigkeitsablauf (30) angeordnet sind.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitszulauf (28) und der Flüssigkeitsablauf (30) in demselben Rohr (4, 6) angeordnet sind.

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten äußeren Oberflächenvergrößerungsmittel (18) ebenfalls oben auf und unter dem übrigen Abschnitt (14) des entsprechenden obersten oder untersten Rohrs (4, 6) angeordnet sind.

8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsglied (34) in den entsprechenden Zulauf (28) und Ablauf (30) eingeführt wird und dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende desselben mit einem ringförmigen Flansch (36) ausgeführt ist, welcher mit der Außenseite (17, 19) des ersten oder zweiten Endabschnitts (12, 13) des obersten oder des untersten Rohrs (4, 6) verbunden ist und dessen anderes Ende im Zulaufverteilungskanal (32) und Ablaufsammelkanal angeordnet ist.

9. Verfahren für die Herstellung eines Wärmetauschers umfassend

einen Wärmetauscherblock (2), der eine Reihe von flachen Rohren (4, 6, 8) umfaßt, welche übereinander gestapelt angeordnet sind und zwischen de nen äußere Oberflächenvergrößerungsmittel (18) angeordnet sind und die Endöffnungen haben;

einen Flüssigkeitsablauf (30), der durch eine gegenüber dem Flüssigkeitszulauf angeordnete Öffnung (22, 24) in einem zweiten Endabschnitt (13) des obersten oder des untersten Rohres (4, 6) gebildet wird;

einen Zulaufverteilungskanal (32) für das Verteilen der Flüssigkeit zu den gestapelten Rohren und einen Ablaufsammelkanal für das Sammeln der aus den gestapelten Rohren fließenden Flüssigkeit, wobei der Zulaufverteilungskanal (32) und der Ablaufsammelkanal durch Öffnungen (22, 24) in den genannten ersten und zweiten Endabschnitten (12, 13) der Rohre gebildet werden und wobei die Öffnungen (22, 24) paarweise in einer Linie zueinander angeordnet sind und die Kanten von benachbarten Öffnungen dicht miteinander verbunden sind; und

ein Befestigungsglied (34), welches im Zulauf (28) und im Ablauf (30) angeordnet ist, das genannte Verfahren umfassend die folgende Schritte:

Aufweiten der Endabschnitte (12, 13) der Rohre in Stapelrichtung, wodurch jeder Endabschnitt (12, 13) eine oberes flaches Teilstück (17) und ein unteres flaches Teilstück (19) erhält;

Ausstanzen der Öffnung (22, 24) für den Flüssigkeitszulauf (28) im oberen oder im unteren flachen Teilstück (17, 19) des genannten ersten Endabschnitts (12) und Ausstanzen der Öffnung für den Flüssigkeitsablauf (30) im oberen oder im unteren flachen Teilstück (17, 19) des genannten zweiten Endabschnitts (13);

Ausstanzen der Öffnungen (22, 24) für den Zulaufverteilungskanal (32) und den Ablaufsammelkanal in den oberen und unteren flachen Teilstücken (17, 19) der Endabschnitte (12, 13) der Rohre;

Einsetzen von Verschlußgliedern (20) in die Endöffnungen der Rohre,

wobei das Verschlußglied (20) dadurch gebildet wird, daß ein flacher Endverschlußrohling (76) durch ein Preßwerkzeug (84) in einen durchgehenden Kanal (64) in einem Umformglied (66) gepreßt und auf diese Weise zu einem becherförmigen Endverschluß (20) verformt wird, und wobei der becherförmige Endverschluß dann weiter durch den Kanal (64) und durch die Endöffnung in den Endabschnitt (12, 13) des Rohrs eingedrückt wird, welches in den durchgehenden Kanal des Umformglieds (66) eingesetzt ist;

Stapeln der Rohre übereinander, so daß die Endabschnitte (12, 13) von zwei benachbarten Rohren mit ihren jeweiligen flachen Teilstücken (17, 19) aneinander anliegen;

Anordnen von äußeren Oberflächenvergrößerungsmitteln (18) zwischen den Rohren;

Anordnen des Befestigungsglieds (34) am Flüssigkeitszulauf (28) und am Flüssigkeitsablauf (30);

Fixieren der zum Wärmetauscher gehörenden Komponenten zueinander; und

Verbinden der genannten Komponenten durch Hartlöten.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufweiten der Endabschnitte (12, 13) der Rohre dadurch erfolgt, daß ein Dorn (48) über eine Tiefe, die der gewünschten Länge des Endabschnitts (12, 13) entspricht, in die Endöffnung des Rohrs eingedrückt wird, während ein Spannglied (46) das Rohr in seinem mittleren Abschnitt (14) einspannt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Endabschnitt (12, 13) anschließend durch Verformung einen im wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt erhält, indem der genannte Endabschnitt, während der Dorn (48) noch darin eingeführt ist, gleichzeitig von oben, von unten und von beiden Seiten zusammengedrückt wird, wobei der genannte Dorn (48) während des genannten Zusammendrückens des Endabschnitts (12, 13) als Gegenhalter dient.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Endabschnitt (12, 13) durch Verformung einen im wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt erhält, dessen Höhe größer ist als die Höhe des übrigen Teils des Rohrs und dessen Weite kleiner ist als die Weite des übrigen Teils des Rohrs.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausstanzen einer ersten der beiden Öffnungen in jedem Endabschnitt für den Zulaufverteilungskanal (32) und den Ablaufsammelkanal erfolgt, indem der Endabschnitt (12, 13) des Rohrs über einen Dorn (52) positioniert wird, der diesen trägt, und die genannte erste Öffnung als Führung für das Ausstanzen der genannten zweiten Öffnung (22, 24) dient.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der beiden Öffnungen (22, 24) in den Endabschnitten der Rohre für den Zulaufverteilungskanal (32) und den Ablaufsammelkanal mit einem Flansch versehen ist, um eine Führung und Fixierung beim Aufeinanderstapeln der Rohre zu ermöglichen.