EP0302232A1 - Flachrohr für einen Wärmetauscher - Google Patents

Abstract

Ein Flachrohr (2) für einen Wärmetauscher besteht aus einem gebogenen Metallstreifen (1) und besitzt zwischen den Rohrflachseiten (3,4) in seinem Innern einen Stützsteg (7,8). Der Metallstreifen (1) ist zumindest auf einer Seite lotplattiert und der Stützsteg (7,8) ist derart gestaltet, daß er eine Anlagefläche (9,10) besitzt, die an der Rohrflachseite (3) an die Rohrwand angelötet ist. Wärmetauscher mit derartigen Flachrohren (2) sind insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen geeignet.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Flachrohr für einen Wärmetauscher der im Oberbegriff des Anspruchs 1 ange­gebenen Gattung. Ein solches Flachrohr ist beispiels­weise aus der DE-OS 25 06 434 bekannt. Die Flachrohre nach dem Stand der Technik werden nach dem Biegen des Metallstreifens an der Rohrnaht zugeschweißt. Um das sogenannte Einfallen - das ist die Abstandsverringe­rung der Schmalseiten zueinander - zu verhindern, ist bei dem bekannten Flachrohr ein angeformter Stützsteg vorgesehen.
• Bei extrem flachen Rohren kann es jedoch vorkommen, daß aufgrund des Fluiddrucks im Rohr das sogenannte Aufbauchen - das ist die Vergrößerung des Abstandes der Flachseiten zueinander - auftritt. Dies kann zu Undichtheiten infolge von Rissen im Rohr führen. Zur Beseitigung dieser nachteiligen Erscheinung ist in der US-PS 2,488,615 bereits vorgeschlagen worden, das Flachrohr mit einem Einsatz auszustatten, der an bei­den Flachseiten des Rohres angelötet ist. Nachteilig bei der bekannten Anordnung ist jedoch, daß zur Erhö­hung der Stabilität des Flachrohres im Hinblick auf hohe Innendrücke ein zusätzliches Bauteil eingeführt und in einem zusätzlichen Arbeitsgang befestigt werden muß.
• Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Flachrohr gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, das unabhängig von der Rohrtiefe des Flach­rohres hohen Innendrücken und einer großen Druckwech­selbeanspruchung standhält und bei dem keine zusätzli­chen Teile und Arbeitsgänge erforderlich sind.
• Diese Aufgabe wird bei einem Flachrohr der genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
• Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Flach­rohrs besteht darin, daß das Rohr zunächst nur durch Biegung des Metallstreifens hergestellt wird und das Verschließen der Rohrnaht mittels Schweißung nicht erforderlich ist. Die noch nicht verschlossenen Rohre werden unter Zwischenschaltung von Wellrippen kasset­tiert oder mit Lamellen versehen, anschließend werden die Rohrböden aufgesteckt und die Seitenteile ange­bracht, und erst dann erfolgt die Lötung der genannten Teile in einem einzigen Arbeitsgang.
• Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Flachrohres besteht darin, daß der überlappende Be­ reich durch zwei prallel verlaufende, aneinanderlie­gende Stützstege gebildet ist und als Anlageflächen an der benachbarten Rohrflachseite jeder der Stützstege einen rechtwinklig abgebogenen Rand aufweist, wobei die Ränder in entgegengesetzter Richtung abgewinkelt sind. Durch diese Ausgestaltug ergeben sich in dem Flachrohr zwei separate Kammern, die jede für sich durch entsprechende Lötflächen abgedichtet sind. Zur Außenseite des Rohres ergibt sich noch eine gemeinsame Lötfläche an der Rohrnaht, so daß jede Kammer des Flachrohres gegen die Außenseite mittels zweier Löt­flächen abgedichtet sind. Außerdem hat der als Zugan­ker wirkende Stützsteg die doppelte Stärke der norma­len Rohrwanddicke, so daß eine hohe Kraftbeanspruchung gewährleistet ist.
• Eine Ausbildungsvariante dieser Anordnung besteht dar­in, daß der Stützsteg und die Anlagefläche durch einen zweifach in dieselbe Richtung abgewinkelten Rand des Metallstreifens gebildet und annähernd in der Mitte der Flachseiten angeordnet sind. Diese Ausführungsva­riante ist zwar hinsichtlich ihrer Gestaltung etwas einfacher ausgeführt, es ist dabei jedoch der als Zug­anker wirkende Stützsteg nur in einfacher Rohrwanddik­ke ausgeführt. Gegenüber der in Anspruch 3 genannten Ausführung ist dabei eine Kammer des Flachrohres le­diglich durch eine Lötfläche gegen die Außenseite ab­gedichtet. Bei den beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsvarianten ist es zweckmäßig, daß der Me­tallstreifen auf der die Rohraußenseite bildenden Sei­te lotplattiert ist.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Flachrohres sind der Stützsteg und die Anlagefläche durch einen zweimal in entgegenge­setzte Richtung abgewinkelten Rand des Metallstreifens gebildet und etwa in der Mitte der Flachseiten ange­ordnet. Für diese Ausführungsform ist es selbstver­ständlich von Vorteil, daß der Metallstreifen auf der die Rohrinnenseite bildenden Seite lotplattiert ist.
• Zur weiteren Stabilitätserhöhung des Flachrohres ist es von Vorteil, daß in Längsrichtung des Rohres ver­laufende zusätzliche Stützstege vorgesehen sind, die durch nach innen gerichtete Falzungen des Metallstrei­fens gebildet sind. Durch diese Maßnahme werden die Flachseiten des Flachrohres an mehreren Stellen des Querschnitts gegeneinander abgestützt und die Stütz­stege an der Rohrinnenwand verlötet, so daß diese Aus­führungsform für extrem hohe Beanspruchung sowohl von innen als auch von außen geeignet ist.
• Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Flachrohres besteht darin, daß mindesten ein Teil des Metallstreifens sich innerhalb des Flachrohres im we­sentlichen bis in die Nähe der Randbereiche erstreckt, der somit eine einstückig mit dem Flachrohr geformte Turbulenzeinlage bildet und der etwa in der Mitte der Flachseiten mindestens eine Anlagefläche an jeder Flachseite des Flachrohres aufweist. Auf diese Weise wird ohne nennenswerten Mehraufwand an Material gleichzeitig die Turbulenzeinlage hergestellt, die die Funktion des Stützsteges bzw. Zugankers mitübernimmt. Bei extrem flachen Rohren ist jedoch darauf zu achten, daß der Durchtrittsquerschnitt des Rohres durch die Turbulenzeinlage nicht zu sehr verringert wird. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, daß der Teil des Me­ tallstreifens, der die Turbulenzeinlage bildet, dünner ausgewalzt ist, als der die Rohrwand bildende Teil. Als besonders zweckmäßig hat sich eine Ausführung er­wiesen, bei der der die Rohrnaht bildende Bereich nahe eines der seitlichen Enden angeordnet ist und im Quer­schnitt des Flachrohres gesehen die sich innerhalb des Flachrohres erstreckende Turbulenzeinlage zickzack-, wellen- oder mäanderförmig ausgebildet ist.
• Durch die seitliche Anordnung der Rohrnaht ist es mög­lich, daß sich die Turbulenzeinlage bis in beide End­bereiche des Rohrquerschnitts erstreckt. Durch die zickzack-, wellen- oder mäanderförmige Gestaltung er­geben sich mehrere Anlagepunkte der Turbulenzeinlage zwischen den Flachseiten, wodurch mehrere Sützstege bzw. Zuganker gebildet werden. Zur Erzeugung der Tur­bulenz können in dem die Turbulenzeinlage bildenden Teil des Metallstreifens Aussparungen und/oder Turbu­latoren, beispielsweise in Form von abgewinkelten Blechlappen vorgesehen sein. Für die Ausführungsformen gemäß den Ansprüchen 7 und 8 ist es besonders vorteil­haft, daß der Metallstreifen beidseitig lotplattiert ist.
• Einige Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Flachrohres sind nachstehend anhand der Zeichnung nä­her erläutert.
• In der Zeichnung zeigt:
• Fig. 1 Einen Schnitt quer zur Längsachse eines Flachrohres,
• Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Einzel-­Einzelheit X in Fig. 1,
• Fig. 3 eine Ausführungsvariante zu Fig. 1 mit nur einseitig nach innen gebogenem Me­tallstreifen,
• Fig. 4 eine Ausführungsvariante der Einzelheit Z in Fig. 3,
• Fig. 5 eine Ausführungsvariante zu Fig. 1 mit zusätzlichen Stützstegen,
• Fig. 6 einen Querschnitt durch ein Flachrohr mit Turbulenzeinlage,
• Fig. 7 und 8 weitere Ausführungsvarianten zu Fig. 6.
• In Fig. 1 ist ein aus einem Metallstreifen gebogenes Flachrohr 2 dargestellt, dessen Querschnitt durch zwei flache Seiten 3 und 4 und in den seitlichen Endberei­chen durch Bögen 5 und 6 bestimmt ist. Die beiden Rän­der des Metallstreifens 1 sind auf der Flachseite 4 zusammengeführt und in Richtung auf die Flachseite 3 jweils doppelt in dieselbe Richtung abgewinkelt, so daß jeder Rand des Metallstreifens 1 einen Stützsteg 7, 8 und eine Anlagefläche 9, 10 an der Innenseite der Flachseite 3 bildet. Die beiden Stützstege 7 und 8 liegen aneinander und bilden dadurch einen überlappen­den Bereich 14. Bei dem Metallstreifen 1 handelt es sich um ein einseitig lotplattiertes Material, wobei die Lotplattierung auf der Seite angeordnet ist, die die Außenseite des Flachrohres 2 bildet.
• Beim Löten des Wärmetauschers werden somit die Flächen der aneinanderliegenden Stützstege 7 und 8 sowie die Anlageflächen 9 und 10 an der Flachseite 3 des Flach­rohres 2 verlötet.
• Wie aus dieser Darstellung zu sehen ist, handelt es sich dabei um ein extrem flaches Rohr, das beispiels­weise aus einem 0,4 mm dicken Blechstreifen besteht und ein Rohraußenmaß von 40 mm x 2 mm besitzt. Selbst­verständlich ist diese Angabe nur als Beispiel zu ver­stehen, es könnten auch andere Materialstärken und an­dere Querschnittsdimensionen gewählt werden. Es ist selbstverständlich möglich, daß das Flachrohr nach dem Biegevorgang durch ein HF-Schweißgerät geführt wird, wodurch die Rohrnaht geheftet, jedoch nicht dichtend verschlossen wird. Diese Maßnahme kann getroffen wer­den, um der Rohrnaht außer der später erfolgenden Löt­verbindung eine zusätzliche Festigkeit zu verleihen, was jedoch nur in Ausnahmefällen erforderlich sein dürfte.
• Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Einzel­heit X in Fig. 1. Aus dieser Darstellung sind deutlich drei Lötnähte 11, 12, 13 ersichtlich, die zwischen den Stützstegen 7 und 8 sowie jeweils zwischen den Anla­geflächen 9 und 10 und der Flachseite 3 vorhanden sind.
• In Fig. 3 ist der zu einem Flachrohr 2 gebogene Blech­streifen 1 gezeigt, der etwa in der Mitte der Flach­seite 4 den überlappenden Bereich 14 aufweist. Ein Rand des Blechstreifens 1 ist ausgehend von dem über­lappenden Bereich in Richtung auf die Flachseite 3 ab­gewinkelt und bildet damit einen Stützsteg 15. Durch einen weiteren Umbug des Randes des Blechstreifens 1 in dieselbe Richtung ergibt sich eine Anlagefläche 16 an der Flachseite 3 des Flachrohres 2. Im überlappen­den Bereich 14 und an der Anlagefläche 16 sind jeweils die aneinanderliegenden Teile des Blechstreifens 1 miteinander verlötet.
• In Fig. 4 ist eine Ausführungsvariante der Einzelheit Z in Fig. 3 dargestellt, die jedoch anstelle der Anla­gefläche 16 eine in entgegengesetzter Richtung abge­winkelte Anlagefläche 17 aufweist. Die übrigen Bezugs­zeichen stimmen mit denjenigen in Fig. 3 überein. Wäh rend bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 vorzugsweise ein Metallstreifen 1 mit auf der Außenseite des Rohres lotplattierter Oberfläche zur Anwendung kommt, kann dagegen bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 die Lot­plattierung nur auf der Rohrinnenseite oder beidseitig vorgesehen sein.
• Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch ein Flachrohr, das ähnlich dem zur Fig. 1 beschriebenen Flachrohr 2 ausgestaltet ist. Für übereinstimmende Teile sind da­her die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 einge­setzt. Auf der Flachseite 3 des Flachrohres 2 ist das Metallband 1 an zwei Stellen derart gefalzt, daß sich in Längsrichtung des Rohres verlaufende zusätzliche Stützstege 18 ergeben, die an der Innenseite der ge­genüberliegenden Flachseite 4 anliegen. Sofern es sich bei dem Metallstreifen 1 um ein doppelseitig lotplat­tiertes Material handelt, werden auch die Anlageflä­chen der zusätzlichen Stützstege 18 mit der Innenseite des Flachrohres verlötet.
• Fig. 6 zeigt ein Flachrohr 19, das aus einem Metall­streifen 20 besteht. Der Metallstreifen 20 ist derart geformt, daß er einen überlappenden Bereich 21 nahe eines seitlichen Endes 22 besitzt. Das Flachrohr 19 weist Flachseiten 23 und 24 sowie ein weiteres seitli­ches Ende 25 auf. In Fortsetzung des überlappenden Be­reichs 21 ist der Metallstreifen 20 in Richtung auf die Flachseite 23 abgewinkelt zu einem Stützsteg 26 geformt, an dem sich eine durch Abwinklung in der gleichen Richtung entstandene Anlagefläche 27 an der Flachseite 23 anschließt.
• Von der Anlagefläche 27 erstreckt sich der Metall­streifen 20 in Richtung auf das seitliche Ende 25 durch den Innenraum des Flachrohres und bildet somit eine Turbulenzeinlage 28. Diese Turbulenzeinlage 28 umfaßt im wesentlichen zwei ebene Abschnitte 29 und 30 in denen Aussparungen 31 vorgesehen sind. Etwa in der Mitte der Flachseiten 23 und 24 des Flachrohres ist zwischen den beiden ebenen Abschnitten 29 und 30 die Turbulenzeinlage 28 mäanderförmig ausgestaltet, so daß sich Anlageflächen 32 und 33 an den Flachseiten 23 und 24 und ein dazwischen befindlicher Stützsteg 34 erge­ben.
• In dem dem seitlichen Ende 25 benachbarten Bereich ist die Turbuenzeinlage in gleicher Weise ausgestaltet wie zwischen den ebenen Abschnitten 29 und 30, so daß sich auch dort weitere Anlageflächen 32 und 33 mit einem dazwischenbefindlichen Stützsteg 34 ergeben.
• In Fig. 7 ist der Querschnitt durch ein Flachrohr 19 gezeigt, das ebenfalls aus einem Metallstreifen 20 ge­formt ist und dessen äußere Kontur bezüglich der Flachseiten 23 und 24 sowie der seitlichen Bereiche 25 und der Überlappungsbereich 21 demjenigen der Fig. 6 entspricht. Anders gestaltet ist jedoch der Teil des Metallstreifens, der sich innerhalb des Flachrohres 19 befindet und der den Stützsteg, die Anlageflächen und die Turbulenzeinlage bildet. Weiterführend von dem Überlappungsbereich 21 ist ein Stützsteg 35 als Bogen ausgeführt, dessen dem Überlappungsbereich 21 entfernt liegendes Ende als Anlagefläche 36 an der Flachseite 23 dient.
• Von der Anlagefläche 36 erstreckt sich das Metallband 20 als Turbulenzeinlage 37 in Zickzackform bis in die Nähe des seitlichen Endes 25. An den Punkten, an denen die Form der Turbulenzeinlage 27 eine Richtungsände­rung erfährt, ergeben sich Anlageflächen 38 an den Flachseiten 23 und 24, an denen die Turbulenzeinlage 37 mit den Flachseiten 23 und 24 verlötet wird. Das Ende der Turbulenzeinlage 37 bildet ein in gleicher Weise ausgebildeter bogenförmiger Stützsteg 35, wie er auch nahe des Überlappungsbereiches vorgesehen ist. In den Abschnitten der Turbulenzeinlage 37, die sich zwi­schen den Anlageflächen 38 befinden, sind ausgestanzte Öffnungen 39 vorgesehen, durch die die Turbulenz des Druckfluids erhöht wird.
• Fig. 8 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig. 7, es stimmen daher die Bezugszeichen für gleiche Teile überein. Unterschiedlich ist jedoch, daß die Öffnungen 39 nicht durch ausgestanzte Löcher gebildet werden, sondern durch abgewinkelte Blechteile, wodurch die vom Wärmetauscherfluid beaufschlagte Oberfläche der Turbu­lenzeinlage größer als diejenige der Fig. 7 ist. Fer­ner wird durch eine solche Ausgestaltung die Turbulenz der Strömung weiter verbessert.
• Bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 6 bis 8 kann der Metallstreifen unterschiedliche Dicken aufweisen, was beim Walzen des Blechstreifens ohne Schwierigkeiten berücksichtigt werden kann. Das hat den Vorteil, daß der Blechstreifen 20 über die Breite, die die Rohrwand des Flachrohres 19 bildet, dicker ausgeführt wird, beispielsweise mit einer Wandstärke von 0,3 mm und der Teil, der sich an den Stützsteg 26 bzw. 35 anschließt und die Turbulenzeinlage 28 bzw. 37 bildet, lediglich eine Dicke von 0,1 oder 0,15 mm aufweist. Aufgrund der wechselseitigen Anlageflächen der Turbulenzeinlage an den Flachseiten 23 und 24 ist für diese Ausführungs­formen der Metallstreifen 20 aus einem beidseitig lot­plattierten Material zu wählen.

Claims (12)

1. Flachrohr für einen Wärmetauscher, das aus einem gebogenen Metallstreifen (1, 20) besteht, der an mindestens einer die Rohrnaht bildenden Stelle ei­nen überlappenden Bereich (14, 21) aufweist, wobei im Rohrinneren zwischen den Rohrflachseiten (3, 4, 23, 24) ein sich in Rohrlängsrichtung erstrecken­der Stützsteg (7, 8, 15, 26, 34, 35) angeordnet ist, der durch einen entsprechend abgebogenen Teil des Metallstreifens gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallstrei­fen (1) aus einem zumindest einseitig lotplattier­ten Material besteht und der Stützsteg (7, 8, 15, 26, 34, 35) derart gestaltet ist, daß mindestens eine Anlagefläche (9, 10, 16, 17, 27, 32, 33, 36) des Stützsteges mit der anderen Rohrflachseite (3, 4, 23, 24) des Flachrohres (2, 19) gegeben ist, wo­ bei mindestens eine Seite der Anlagefläche von der lotplattierten Oberfläche des Metallstreifens (1, 20) gebildet ist, und daß das Flachrohr (2, 19) so­wohl im überlappenden Bereich (14, 21) als auch an der Anlagefläche (9, 10, 16, 17, 27, 32, 33, 36) gelötet ist.

2. Flachrohr nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß der Metallstreifen (1) auf der die Rohraußenseite bildenden Seite lot­plattiert ist.

3. Flachrohr nach Anspruch 2, dadurch ge­kennzeichnet, daß der überlappende Bereich (14) durch zwei parallel verlaufende, an­einanderliegende Stützstege (7, 8) gebildet ist und als Anlageflächen (9, 10) an der benachbarten Rohr­flachseite (3) jeder der Stützstege (7, 8) einen rechtwinklig abgebogenen Rand aufweist, wobei die Ränder in entgegengesetzter Richtung abgewinkelt sind.

4. Flachrohr nach Anspruch 2, dadurch ge­kennzeichnet, daß der Stützsteg (15) und die Anlagefläche (16) durch einen zweifach in dieselbe Richtung abgewinkelten Rand des Metall­streifens (1) gebildet und annähernd in der Mitte der Flachseiten (3, 4) angeordnet sind.

5. Flachrohr nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß der Metallstreifen (1) auf der die Rohrinnenseite bildenden Seite lot­plattiert ist.

6. Flachrohr nach Anspruch 5, dadurch ge­kennzeichnet, daß der Stützsteg (15) und die Anlagefläche (17) durch einen zweimal, je­doch in entgegengesetzte Richtungen abgewinkelten Rand des Metallstreifens (1) gebildet und etwa in der Mitte der Flachseiten (3, 4) angeordnet sind.

7. Flachrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Längsrichtung des Rohres (2) verlaufende zusätz­liche Stützstege (18) vorgesehen sind, die durch nach innen gerichtete Falzungen des Blechstreifens (1) gebildet sind.

8. Flachrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Metallstreifens (20) sich innerhalb des Flachrohres (19) im wesentlichen bis in die Nähe der Randbereiche (22, 25) erstreckt, der somit eine einstückig mit dem Flachrohr geform­te Turbulenzeinlage (28, 37) bildet, und der etwa in der Mitte der Flachseiten (23, 24) mindestens eine Anlagefläche (32, 33, 38) an jeder Flachseite (23, 24) des Flachrohres aufweist.

9. Flachrohr nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Metall­streifen (20) beidseitig lotplattiert ist.

10. Flachrohr nach Anspruch 8, dadurch ge­kennzeichnet, daß der die Rohrnaht bildende überlappende Bereich (21) nahe eines der seitlichen Enden (22) angeordnet ist und - im Quer­schnitt des Flachrohres (19) gesehen - die sich in­nerhalb des Flachrohres erstreckende Turbulenzein­lage (28, 37) zickzack-, wellen- oder mäanderförmig ausgebildet ist.

11. Flachrohr nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des Metallstreifens (20), der die Turbu­lenzeinlage (28, 37) bildet, dünner ausgewalzt ist, als der die Rohrwand bildende Teil.

12. Flachrohr nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der die Turbulenzeinlage ( 28, 37) bildende Teil des Metallstreifens (20) mit Aussparungen (31, 39) und/oder Turbulatoren (40) versehen ist.

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