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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen
eines Wärmetauschers.
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US-A-3
182 481 offenbart einen Wärmetauscher
mit einer Mehrzahl von Plattenrippen, welche voneinander in einer
Laminierungsrichtung laminiert sind, um einen vorbestimmten Zwischenraum
zwischen benachbarten Plattenrippen aufzuweisen, wodurch ein erstes
Fluid durch den Zwischenraum durchtreten kann. Der Wärmetauscher
umfasst des weiteren eine Mehrzahl von Rohren, in welchen ein zweites
Fluid strömt,
wobei die Rohre durch die Plattenrippen in der Laminierungsrichtung
durchlaufen. Um die Plattenrippen zu beabstanden, sind eine Mehrzahl
von Abstandshaltern mit der Form von stehenden Wänden vorgesehen, welche Abstandshalter in
der Laminierungsrichtung hervorstehen.
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US-A-4
756 361 offenbart einen anderen Wärmetauscher mit Sammlerplatten,
welche mit Isolierscheiben versehen sind, welche zur Aufnahme der
Kanten der Sammlerplatten mit Nuten versehen sind. Kreisförmige Rohre
erstrecken sich zwischen den Sammlerplatten und treten durch zentrale
Bohrungen in den Isolierscheiben durch, welche einwärts darauf
drücken.
Rippen erstrecken sich transversal zu den Rohren, welche sich durch
Auskragungen in den Rippen erstrecken. Des weiteren zeigt das Dokument
ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, wobei das Verfahren
die Schritte umfasst:
Ausbilden einer Mehrzahl von Plattenrippen,
wobei jede eine Rohreinsetzöffnung
aufweist;
Laminieren der Plattenrippen in einer Laminierungsrichtung
unter Verwendung eines Fixierungswerkzeugs;
Einsetzen eines
Rohrs in die Rohreinsetzöffnungen der
Plattenrippen, um durch die Plattenrippen in der Laminierungsrichtung
der Plattenrippen durchzutreten; und
Verbinden des Rohrs mit
den Plattenrippen durch Ausdehnen des Rohrs.
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In
einem konventionellen Plattenrippen-Wärmetauscher weisen beide Enden
(nachfolgend als "Längs-Enden" bezeichnet) jeder
Plattenrippe in einer Längsrichtung
der Plattenrippen Ausnehmungen zum Einstellen von Anführungspositionen
der Plattenrippen auf, wenn die Plattenrippen laminiert werden.
Die Ausnehmungen sind einfach nur zum Einstellen der Anfügungspositionen
vorgesehen, so dass sich jede Plattenrippe einfach von einem Rohr benachbart
zu einem Längs-Ende der Plattenrippe zu
dem Längs-Ende
erstreckt. Deshalb kann eine Gesamtfläche jeder Plattenrippe nicht
effektiv zur Verbesserung der Wärmeaustauschkapazität des Wärmetauschers
verwendet werden.
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Mit
Blick auf die vorgenannten Probleme ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung eines Plattenrippen-Wärmetauschers
mit mehreren Rohren und mehreren Plattenrippen bereitzustellen,
in welchen eine Gesamtfläche
jeder Plattenrippe effektiv zur Verbesserung der Wärmeaustauschwirkung
verwendet werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst.
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Ein
Wärmetauscher
enthält
eine Mehrzahl von Plattenrippen, welche voneinander in einer Laminierungsrichtung
laminiert sind, um einen vorbestimmten Zwischenraum zwischen benachbarten Plattenrippen
aufzuweisen, und eine Mehrzahl von Rohren, welche durch die Plattenrippen
in der Laminierungsrichtung durchlaufen. Jede der Plattenrippen weist
einen Ausnehmungsabschnitt zum Einstellen einer Anfügungsposition
auf, wenn die Plattenrippen zusammensetzt werden, und der Ausnehmungsabschnitt
ist an einer Endseite jeder Plattenrippe in einer Längs richtung
der Plattenrippen vorgesehen. Eine stehende Wand, welche in der
Laminierungsrichtung herausragt, ist auf einem äußeren Umfang des Ausnehmungsabschnitts
ausgebildet. Somit wird durch die Plattenrippen durchtretende Luft
durch die stehende Wand des Ausnehmungsabschnitts in Turbulenz versetzt,
wodurch die Vergrößerung einer thermischen
Grenzschicht verhindert wird. Als ein Ergebnis ist die Wärmeübertragungseffizienz
verbessert, und die Wärmeaustauschkapazität ebenfalls verbessert.
Des weiteren können,
da die stehende Wand ausgebildet ist, die Biegesteifigkeit und Torsionsfestigkeit
jeder Platte verbessert werden. Deshalb kann es eine Deformation
der Plattenrippen begrenzen, wenn die Plattenrippen zusammengesetzt werden,
und die Plattenrippen können
genau an vorbestimmten Positionen fixiert werden. Das heißt, Anfügepositionen
der Plattenrippen können
genau durch den Ausnehmungsabschnitt eingestellt werden, wenn der
Wärmetauscher
hergestellt wird. Des weiteren kann, nachdem der Wärmetauscher
hergestellt wurde, die Wärmeübertragungseffizienz
durch die stehende Wand des Ausnehmungsabschnitts verbessert werden,
so dass eine Gesamtfläche
jeder Plattenrippe wirksam zur Verbesserung der Wärmeaustausch-Effizienz
verwendet werden kann.
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Vorzugsweise
weist die stehende Wand des Ausnehmungsabschnitts eine Wandoberfläche auf, auf
welcher zwischen den Plattenrippen durchtretende Luft gekreuzt wird.
Deshalb kann durch die Plattenrippen durchtretende Luft hinreichend
durch die stehende Wand des Ausnehmungsabschnitts in Turbulenz versetzt
werden.
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Bevorzugter
ist die stehende Wand integral mit jeder Plattenrippe durch plastisches
Deformieren eines Teils jeder Plattenrippe vorgesehen. Dadurch wird
die stehende Wand des Ausnehmungsabschnitts einfach ausgebildet.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden einfacher
aus der nachfolgenden genauen Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
ersichtlich, wenn diese zusammen mit den begleitenden Zeichnungen
betrachtet wird, wobei:
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1 eine vordere Ansicht ist,
welche einen Radiator zeigt;
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2 eine Teil-Vorderansicht
ist, welche Rohre und Plattenrippen des Radiators gemäß der Ausführungsform
zeigt;
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3 eine Teil-Draufsicht ist,
welche die Plattenrippe gemäß der Ausführungsform
zeigt;
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4A, 4B jeweils vergrößerte Vorderansicht und Seitenansicht
der Plattenrippe gemäß der Ausführungsform
sind;
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5A eine schematische Ansicht
zur Erläuterung
eines Schritts zur Ausbildung eines Rippenelements zeigt, und 5B eine Querschnittsansicht
zeigt, welche entlang der Linie VB-VB in 5A genommen ist;
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6 eine Vorderansicht eines
Fixierungswerkzeugs zeigt;
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7 eine Seitenansicht des
Fixierungswerkzeugs zeigt;
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8A, 8B jeweils eine vergrößerte Vorderansicht und eine
Seitenansicht einer Plattenrippe zeigen, und
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9A, 9B jeweils eine vergrößerte Vorderansicht und eine
Seitenansicht einer Plattenrippe zeigen.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER DERZEIT BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 1 bis 7 beschrieben. Bei der Ausführungsform
ist ein Plattenrippen-Wärmetauscher
typischerweise auf einen Radiator 100 angewandt. Der Radiator 100 enthält mehrere
Plattenrippen 110, welche sich in einer horizontalen Richtung
senkrecht zu einer Strömungsrichtung von
Luft erstrecken, und mehrere flache Rohre 120, welche sich
in Aufwärts-/Abwärts-Richtung
erstrecken. Die mehreren Plattenrippen 110 sind in der
auf Aufwärts-/Abwärts-Richtung
laminiert, um einen vorbestimmten Zwischenraum fp zwischen zwei
benachbarten Plattenrippen 110 aufzuweisen. Wie in 3 gezeigt ist, erstrecken
sich die mehreren flachen Rohre 120, in welchen Fluid (z.
B. Kühlwasser) strömt, in der
Aufwärts-/Abwärts-Richtung
(d. h. in der Rippen-Laminierungsrichtung), um durch die Plattenrippen 110 durchzudringen,
und sind in einer Linie in der horizontalen Richtung angeordnet.
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Jede
der Plattenrippen 110 und Rohre 120 ist aus einem
Aluminiummaterial hergestellt. Die Plattenrippen 110 sind
mit äußeren Umfängen der
Rohre 120 verbunden, indem die Rohre 120 ausgedehnt werden,
nachdem die Rohre 120 in Rohröffnungen 210 eingesetzt
sind, welche in den Plattenrippen 110 ausgebildet sind.
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Wie
in den 2, 3 gezeigt ist, sind Kühlschlitze 111 zur
Verbesserung der Wärmetauschwirkung
in den Plattenrippen 110 zwischen benachbarten Rohren 120 ausgebildet.
Ein Teil jeder Plattenrippe 110 ist geschnitten, um so
zu stehen, dass die Kühlschlitze 111 integral
mit jeder Plattenrippe 110 ausgebildet sind. Vorsprungsstücke 130 ragen
aus jeder Plattenrippe 110 heraus, um zu einer Seite in der
Laminierungsrichtung (d. h. der Längsrichtung des Rohrs) der
Plattenrippen 110 herauszuragen. Ein Teil jeder Plattenrippe 110 ist
geschnitten, um so zu stehen, dass die Vorsprungsstücke 130 integral
mit jeder Plattenrippe 110 ausgebildet sind.
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Obere
Enden der Vorsprungsstücke 130, welche
von einer Plattenrippe 110 herausragen, berühren eine
benachbarte Plattenrippe 110, so dass ein vorbestimmter
Zwischenraum fp zwischen benachbarten Plattenrippen 110 ausgebildet
ist. Das heißt,
die Vorsprungsstücke 130 werden
als ein Zwischenraum-Halteteil zum Halten des vorbestimmten Zwischenraums
fp verwendet. Da die Vorsprungsstücke 130 durch Schneiden
der Plattenrippen 110 ausgebildet werden, wird eine Öffnung 131 in
den Plattenrippen 110 ausgebildet.
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Wie
in 4A gezeigt ist, sind
U-förmige Ausnehmungsabschnitte 112 zum
Einstellen der Anfügeposition
der Plattenrippen 110 sowohl auf stromaufwärtigen als
auch auf stromabwärtigen
Enden in einer Luftströmungsrichtung
an beiden Längs-Endseiten
jeder Plattenrippe 110 ausgebildet. Auf den Längs-Endseiten
jeder Plattenrippe 110 sind keine Kühlschlitze 111 vorgesehen.
Stehende Wandabschnitte 113 sind auf Bodenabschnitten der Ausnehmungsabschnitte 112 ausgebildet,
um zu einer Seite der Laminierungsrichtung der Plattenrippen 110 herauszuragen.
In der Ausführungsform
ragen die stehenden Wandabschnitte 113 in derselben Richtung
vor, wie die Vorsprungsrichtung der Vorsprungsstücke 130.
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Jeder
der stehenden Wandabschnitte 113 weist eine kreisförmige, bogenförmige Wandoberfläche 113a auf,
so dass Luft, welche durch die Plattenrippen 110 durchtritt,
durch die Wandoberfläche 113a in
Turbulenz versetzt wird. In den 4A, 4B sind die stehenden Wandabschnitte 113 in
jeder Plattenrippe 110 auf sowohl bezüglich der Luft stromaufwärtigen und
stromabwärtigen
Enden bei beiden Längs-Endseiten
jeder Plattenrippe 110 ausgebildet. Jedoch können die
stehenden Wandabschnitte 113 in jeder Plattenrippe 110 zumindest
auf dem, bezüglich
der Luft, stromaufwärtigen
Ende ausgebildet sein.
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In
der Ausführungsform
ist der stehende Wandabschnitt 113a durch einen Formgrad-Bildungsschritt
ausgebildet. Das heisst, ein Teil der Plattenrippe 110 wird
durch einen Formgrad-Bildungsschritt plastisch deformiert, so dass
der stehende Wandabschnitt 113 ausgebildet wird. Beispielsweise wird
während
der Formgrad bildung ein Umfangswandabschnitt einer Öffnung,
welche in einer Platte ausgebildet wird, durch ein Werkzeug ausgedehnt, so
dass ein stehender Wandabschnitt, welcher von der Platte herausragt,
um die Öffnung
herum ausgebildet wird.
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Wie
in 1 gezeigt ist, ist
eine Kernplatte 140, welche aus einem Aluminiummaterial
hergestellt ist, mit beiden Enden jedes Rohrs 120 verbunden.
Die Kernplatte 140 ist mit den Rohren 120 durch Ausdehnen
der Rohre 120 verbunden, nachdem die Rohre 120 in Öffnungen
eingesetzt sind, welche in der Kernplatte 140 ausgebildet
sind. Kühlwasser
in einem oberen Tank 141, welcher aus Kunststoff hergestellt
ist, wird in jedes Rohr 120 verteilt, und wird in einen
unteren Tank 142 korrigiert, welcher aus Kunststoff hergestellt
ist, nachdem es mit Luft einem Wärmeaustausch
unterzogen wurde. Beide der unteren und oberen Tanks 141, 142 sind
an der Kernplatte 140 über
ein Dichtungselement befestigt und fixiert, wie eine Abdichtung,
durch plastisches Deformieren eines Vorsprungs der Kernplatte 140.
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Ein
Einlass 143 ist in dem oberen Tank 141 ausgebildet
und an einen Kühlwasser-Auslass
des Motors gekoppelt. Ein Auslass 144 ist in dem unteren Tank 142 ausgebildet
und an einen Kühlwasser-Einlass
des Motors gekoppelt. Der obere Tank 141 weist eine Öffnung auf,
durch welche Kühlwasser
in den oberen Tank 141 eingeleitet wird, und die Öffnung ist durch
einen Deckel 145 geschlossen.
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Als
nächstes
wird ein Verfahren zur Herstellung der Plattenrippe 110 nachfolgend
unter Bezugnahme auf 5A, 5B beschrieben. In 5A ist die Längsrichtung
jeder Plattenrippe 110 in einer Breitenrichtung senkrecht
zu einer Beschickungsrichtung S eines filmartigen Rippenmaterials 200.
Wie in 5A gezeigt ist,
werden, während
das Rippenmaterial 200 in der Beschickungsrichtung S beschickt
wird, die Rohreinsetzöffnungen 210,
in welche die Rohre 120 eingesetzt werden, und Öffnungen 220,
welche den Öffnungen
in den Ausnehmungsabschnitten 112 entsprechen, gleichzeitig
durch Pressen ausgebildet. Des weiteren wird, während das Rippenmaterial 200 in
der Beschickungsrichtung S beschickt wird, Formgrad bildung bezüglich der Öffnungen 220 und
der Rohröffnungen 210 ausgeführt, so
dass die stehenden Wandabschnitte 113 und Wandabschnitte 211 um
die Rohröffnungen 210 gleichzeitig
in dem Rippenmaterial 200 ausgebildet werden, um in derselben
Richtung herauszuragen. Anschließend wird das Rippenmaterial 200 geschnitten,
um eine vorbestimmte Länge
aufzuweisen, so dass jede Plattenrippe 110 ausgebildet
wird.
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Als
nächstes
wird ein Verfahren zur Herstellung des Radiators 100 nachfolgend
unter Bezugnahme auf 6, 7 beschrieben. Wie in 6 gezeigt ist, weist ein
Fixierungswerkzeug 300 zwei Vorsprungsabschnitte 310 zum
Einstellen der Anfügungsposition
jeder Plattenrippe 110 auf, und die zwei Vorsprungsabschnitte 310 werden
jeweils in zwei Ausnehmungsabschnitte 112 eingesetzt, welche
an einer oberen Seite in 6 innerhalb
Ausnehmungsabschnitten 112 positioniert sind, welche an beiden
Längs-Endseiten
jeder Plattenrippe 110 ausgebildet sind. Des weiteren berührt, wie
in 7 gezeigt ist, jedes
obere Ende der Vorsprungsstücke 130 eine
benachbarte Plattenrippe 110, während die stehenden Wandabschnitte 113 die
Vorsprungsabschnitte 310 des Fixierungswerkzeugs 300 berühren, so
dass alle Plattenrippen 110 in der Laminierungsrichtung
laminiert werden. Die Vorsprungsabschnitte 310 des Fixierungswerkzeugs 300 erstrecken
sich in einer Schienenart in der Laminierungsrichtung der Plattenrippen 110.
Die obere Seite des Fixierungswerkzeugs 300 in 6, wo die Vorsprungsabschnitte 310 vorgesehen
sind, ist an einem Basishalter 320 befestigt. Andererseits
ist die untere Seite des Fixierungswerkzeugs 300 in 6 gegenüber den Vorsprungsabschnitten 310 durch
eine Schraubenfeder 340 über einen Rippenhalter 330 gedrückt, so
dass die Plattenrippen 110 zu den Vorsprungsabschnitten 310 des
Fixierungswerkzeugs 300 gedrückt werden.
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Als
nächstes
wird, wie in 7 gezeigt
ist, jedes Rohr 120 in jeder Rohröffnung 210 eingesetzt, um
durch die Plattenrippen 110 durchzudringen, während eines
Rohreinsetzschrittes. Da jedes Rohr 120 dieselbe Form hat,
wird ein Verbindungsverfahren nur unter Verwendung eines einzelnen
Rohres 120 erläutert.
Wenn das Rohr 120 in die Rohröffnung 210 eingesetzt
ist, wird das Rohr 120 durch ein Führungsteil 350 geführt. Anschließend wird
ein Ausdehnungsteil, wie ein Metallbolzen, in das Rohr 120 eingesetzt,
um das Rohr 120 so auszudehnen, dass die äußere Wand
des Rohres 120 in den stehenden Wandabschnitt 211 pressgepasst
ist, wodurch die Plattenrippen 110 und das Rohr 120 während eines Rippenverbindungsschritts
verbunden werden.
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Als
nächstes
wird die Kernplatte 140 an beiden Enden jedes Rohrs 120 in
der Längsrichtung
angeordnet, und beide Enden jedes Rohrs 120 werden in die
Rohreinsetzöffnungen
eingesetzt, welche in der Kernplatte 140 ausgebildet sind.
Die beiden eingesetzten Enden jedes Rohres 120 werden wiederum
ausgedehnt, so dass die Kernplatte 140 und die Rohre 120 während eines
Kernplatten-Verbindungsschritts
verbunden werden.
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Anschließend werden
ein Kernabschnitt, welcher durch Verbinden der Plattenrippen 110 ausgebildet
ist, die Rohre 120 und die Kernplatte 140 aus dem
Fixierungswerkzeug 300 entfernt, und die oberen und unteren
Tanks 141, 142 werden an der Kernplatte 140 befestigt.
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Gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der stehende Wandabschnitt 113 auf
einem äußeren Umfangsabschnitt
des Ausnehmungsabschnitts 112 zum Einstellen der Anfügungsposition
ausgebildet, wobei durch die Plattenrippen 110 durchtretende
Luft durch den stehenden Wandabschnitt 113 in Turbulenz
versetzt wird. Somit kann dieser eine thermische Grenzschicht in
ihrer Ausdehnung begrenzen, wodurch eine Wärmeübertragungseffizienz und Wärmeaustauschkapazität (z. B.
Kühlkapazität) verbessert
wird. Das heißt,
die Ausnehmungsabschnitte 112 sind in jeder Plattenrippe 110 auf
beiden Längs-Endseiten vorgesehen,
wo die Kühlschlitze 111 nicht
vorgesehen sind, und die stehenden Wandabschnitte 113 sind
in den Ausnehmungsabschnitten 112 vorgesehen. Deshalb kann die
Wärmeaustauschwirkung
des Radiators 100 durch den stehenden Wandabschnitt 113 verbessert werden.
Gemäß den Experimenten
der Erfinder der vorliegenden Erfindung ist die Wärmeaustauschkapazität des Radia tors 100 um
etwa 1 bis 2% verbessert, im Vergleich mit einem Radiator ohne dem
stehenden Wandabschnitt 113.
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Des
weiteren sind, da der stehende Wandabschnitt 113 ausgebildet
ist, die Biegesteifigkeit und Torsionsfestigkeit jeder Plattenrippe 110 verbessert.
Deshalb kann er, wenn die Plattenrippen 110 unter Verwendung
der Vorsprungsabschnitte 310 befestigt werden, die Deformation
der Plattenrippen 110 beschränken, und die Plattenrippen 110 können jeweils
genau an vorbestimmten Positionen angefügt werden.
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Infolge
des Ausnehmungsabschnitts 112 ist die Anfügeposition
jeder Plattenrippe 110 genau während eines der Herstellungsschritte
eingestellt. Andererseits ist, da durch die Plattenrippen 110 durchtretende
Luft durch die stehenden Wandabschnitte 113 der Ausnehmungsabschnitt 112 in
Turbulenz versetzt wird, die Wärmeübertragungseffizienz
verbessert, so dass eine Gesamtfläche der Plattenrippen 110 effektiv
verwendet werden kann. Als ein Ergebnis ist die Wärmeaustauschkapazität in dem
Radiator 100 verbessert.
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Des
weiteren werden die stehenden Wandabschnitte 113 und die
stehenden Wandabschnitte 211 für die Rohre 120 gleichzeitig durch
Formgradbildung in dem Herstellungsschritt der Plattenrippen 110 ausgebildet.
Deshalb kann eine relative Position zwischen den Ausnehmungsabschnitten 112 und
den Rohröffnungen 210 genau eingestellt
werden. Somit werden, wenn die Plattenrippen 110 an dem
Fixierungswerkzeug 300 fixiert werden, die Rohre 120 jeweils
genau in die Rohreinsetzöffnungen 220 eingesetzt.
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Die
Form der Ausnehmungsabschnitte 112 kann, wie in den 8A, 8B, 9A, 9B gezeigt, geändert werden.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform weist jede der Ausnehmungsabschnitte 112 eine
angenäherte
O-Form auf. Jedoch kann jeder der Ausnehmungsabschnitte 112 in
einer rechteckigen Form, wie in 8A gezeigt
ist, oder kann in einer Form, die in 9A gezeigt
ist, ausgebildet werden.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist der Ausnehmungsabschnitt 112 an
den stromaufwärtigen
und stromabwärtigen
Enden der Plattenrippe 110 in der Luftströmungsrichtung
auf beiden Längs-Endseiten
der Plattenrippe 110 ausgebildet. Jedoch kann der Ausnehmungsabschnitt 112 zumindest
an dem stromaufwärtigen
Ende der Plattenrippe 110 auf beiden Längs-Endseiten der Plattenrippe 110 ausgebildet
sein.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird die Plattenrippe 110 in
die Vorsprungsabschnitte 310 des Fixierungswerkzeugs 300 durch
die Schraubenfeder 340 gedrückt. Jedoch kann anstelle der
Schraubenfeder 340 ein anderes Press-Passungsteil verwendet
werden. Des weiteren können
der Rippenverbindungsschritt und der Kernplattenverbindungsschritt
in einem einzigen Verbindungsschritt ausgeführt werden.