EP0387678B1

EP0387678B1 - Wärmeaustauscher und Verfahren zur flüssigkeitsdichten Befestigung einer Bodenplatte an einem Wärmeaustauschernetz

Info

Publication number: EP0387678B1
Application number: EP90104324A
Authority: EP
Inventors: Ernst Fuhrmann; Michael Kozica
Original assignee: Autokuehler GmbH and Co KG
Current assignee: Autokuehler GmbH and Co KG
Priority date: 1989-03-14
Filing date: 1990-03-07
Publication date: 1993-11-24
Anticipated expiration: 2010-03-07
Also published as: DE59003568D1; KR900014849A; CA2012043A1; JP3198385B2; DK0387678T3; KR0144564B1; ES2048877T3; DE3908266A1; JPH02279991A; EP0387678A1; US5101561A; CA2012043C; ATE97734T1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3.
Die Befestigung von Wärmeaustauschernetzen an Bodenplatten, z.B. solchen für Kraftfahrzeugkühler, bereitet immer noch Schwierigkeiten, wenn die Rohre des Wärmeaustauschernetzes ovale Querschnitte besitzen und lediglich durch Aufweitung, d.h. ohne Lötmittel, Kleber od. dgl. an den Bodenplatten befestigt werden sollen. Da diese Bodenplatten zur Anbringung der Sammelkästen dienen, durch die das die Rohre durchströmende Kühlmittel zu- bzw. abgeführt wird, muß ihre Befestigung nicht nur flüssigkeits- bzw. gasdicht, sondern auch mechanisch so stabil sein, daß sie den üblichen, beim Gebrauch des Wärmeaustauschers entstehenden Erschütterungen, Vibrationen, dem hydraulischen Druck des Kühlmittels od. dgl. standhält. Dies ist bisher vor allem bei der Anwendung von solchen ovalen Rohren nicht immer gewährleistet, bei denen das Durchmesserverhältnis der Rohre, d.h. das Verhältnis ihres größten Außendurchmessers zum Kleinsten Außendurchmesser, größer als etwa 2,5 : 1 ist. Es gelingt bei derartigen Rohren nicht, die langen, im wesentlichen parallel zum bzw. in Richtung des größten Durchmessers verlaufenden Rohrwandungen fest genug in den elastischen Dichtungskragen zu verspannen. Trotz des Anfweitens besteht vielmehr die Gefahr, daß die Rohrwandungen parallel zum bzw. in Richtung des Kleinsten Durchmessers einfallen und dadurch eine Abdichtung oder mechanisch stabile Verbindung unmöglich machen.
Bei bekannten Wärmeaustauschern dieser Art (DE-A-27 47 275) werden daher die langen Seiten der Rohre versteift, indem sie z.B. mit verdickten Wandabschnitten oder ringförmigen Einsätzen versehen oder abgestuft aufgeweitet werden. Derartige Maßnahmen haben sich bisher allerdings als nicht ausreichend befriedigend für die Serienproduktion erwiesen. Zur Beseitigung dieses Nachteils ist ein Wärmeaustauscher geeignet (DE-A-17 51 710), bei dem die Bodenplatte und die Dichtungselemente mit kreisförmige Querschnitte aufweisenden Durchbrüchen bzw. Durchgangsöffnungen versehen und die ovalen Rohrenden zu zylindrischen und ggf. konischen Abschnitten aufgeweitet sind. Dadurch ist die Gefahr des Einfallens praktisch beseitigt. Es muß allerdings in Kauf genommen werden, daß sich derartige Wärmeaustauscher und Verfahren nur für Durchmesserverhältnisse bis etwa 2 : 1 eignen. Bei Durchmesserverhältnissen von 2,5 : 1 und mehr, die für leistungsstarke Kraftfahrzeugkühler od. dgl. benötigt werden, führt das Aufweiten zu sehr langen Übergangszonen zwischen den kreisförmigen und ovalen Querschnittsbereichen. Dies ist mit der Gefahr verbunden, daß die Rohre selbst oder die auf sie aufgezogenen Leitbleche bzw. deren Kragen reißen oder die unmittelbar angrenzenden Leitbleche verschoben werden und damit die Kühlleistung reduziert wird. Außerdem machen zylindrische Rohrabschnitte innerhalb einer Reihe des Wärmeaustauschernetzes wesentlich größere Abstände zwischen den Rohren erforderlich, als aufgrund deren Ovalform nötig wäre, was der mit einem Wärmeaustauschernetz vorgegebener Größe erzielbaren Leistung abträglich ist. Diese grundsätzlichen Nachteile können auch nur unwesentlich dadurch verringert werden, daß den Rohren entsprechend einem ebenfalls bereits bekannten Verfahren ein größerer längster Durchmesser gegeben wird, als dem Durchmesser der Dichtungskragen entspricht, und daß die Rohrenden zunächst mittels eines in sie eingeführten Dorns od. dgl. unter Verkleinerung ihres größten Durchmessers und Vergrößerung ihres Kleinsten Durchmessers zu Zylinderabschnitten verformt werden, die einen etwas Kleineren Durchmesser als die Dichtungskragen aufweisen. Auch bei einer solchen Vorgehensweise entstehen nämlich große Übergangszonen zwischen den Bereichen mit ovalem und den Bereichen mit kreisförmigem Querschnitt, was die genannten Probleme mit sich bringt.
Schließlich ist es bekannt (FR-A-2 474 674), die Enden von ovalen, Durchmesserverhältnisse von 1,5 : 1 bis 2,5 : 1 aufweisenden Rohren durch Drücken von außen her und Einführung eines Dorns zu kreisrunden Querschnitten zu verformen und die Befestigung der Rohrenden an den Bodenplatten nicht durch Aufweiten, sondern dadurch herbeizuführen, daß die Rohrenden entweder gewaltsam in die etwas Kleinere Querschnitte aufweisenden Durchgangsöffnungen der Dichtungselemente gezwängt oder diese vor dem Einführen der Rohrenden durch Vorspannung aufgeweitet und nach dem Einführen der Rohrenden wieder entspannt werden. Bei Anwendung eines solchen Verfahrens ist es schwierig, die Einführung der Rohrenden in die Durchgangsöffnungen völlig ohne Beschädigung der Kragen der Dichtungselemente herbeizuführen, so daß sich dieses Verfahren kaum zur Serienfertigung eignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeaustauscher der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, bei dem die Rohrenden auch bei vergleichsweise großen Durchmesserverhältnissen von z.B. 2,5 : 1 bis 8 : 1 im Bereich des Wärmeaustauschernetzes ohne zusätzliche Lotmittel, Kleber od. dgl. flüssigkeitsdicht und mechanisch stabil an den Bodenplatten befestigt werden können. Außerdem soll das Verfahren zur Herstellung solcher Wärmeaustauscher so gestaltet werden, daß die Gefahr von Beschädigungen der Rohre und/oder Leitbleche und/oder deren Kragen vermieden wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 3.
Die Erfindung bringt hinsichtlich der Wärmeaustauscher den überraschenden Vorteil mit sich, daß durch bloße Wahl der Querschnittsabmessungen im Bereich der Rohre und Rohrenden dauerhaft gute Verbindungen zwischen den Bodenplatten und den Rohrenden auch dann erzielt werden können, wenn die Rohre im Wärmeaustauschernetz ursprünglich ein vergleichsweise großes Durchmesserverhältnis von 2,5 : 1 bis 8 : 1 aufweisen und die Rohrenden auch nach der Befestigung eine ovale Form besitzen. Bei derartigen Durchmesserverhältnissen ist die Verspannung der Rohrenden in den Dichtungskragen trotz der beibehaltenen ovalen Querschnittsform für praktische Anwendungszwecke, insbesondere die Serienproduktion, ausreichend gut. Dadurch ist es möglich, auch ein- oder mehrreihige Wärmeaustauschernetze mit einer hohen Rohrdichte pro Flächeneinheit bei hohem Durchmesserverhältnis mit den zugehörigen Bodenplatten zu verbinden. Hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich vor allem der Vorteil, daß die Rohrenden beim Befestigungsvorgang sehr schonend behandelt werden können, so daß auch bei Anwendung großer Durchmesserverhältnisse keine Gefahr besteht, die Rohre oder die mit ihnen verbundenen Leitbleche zu beschädigen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die perspektivische Darstellung eines Wärmeaustauschers mit einer Reihe von ovalen Rohren;
Fig. 2 eine Draufsicht auf einige Rohrenden des Wärmeaustauschernetzes des Wärmeaustauschers nach Fig. 1 mit darübergeschobenen Drückbacken im geöffneten Zustand;
Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung im geschlossenen Zustand der Drückbacken, jedoch bei einem zweireihigen Wärmetauschernetz;
Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV der Fig. 2 nach dem Entfernen der Drückbacken und dem Einführen der Rohrenden in eine Bodenplatte in einem gegenüber Fig. 2 etwas verkleinerten Maßstab;
Fig. 5 eine Darstellung entsprechend Fig. 4 nach dem Einführen eines Dorns zum Verspannen der Rohrenden in der Bodenplatte;
Fig. 6 eine der Fig. 2 entsprechende, teilweise geschnittene Ansicht des Wärmeaustauschernetzes nach dem Verspannen; und
Fig. 7 je eine Vorderansicht, Seitenansicht und Draufsicht des Dorns nach Fig. 5 in vergrößertem Maßstab.

Der in Fig. 1 dargestellte, einreihige Wärmeaustauscher ist nach Art eines üblichen Röhrenkühlers ausgebildet. Er enthält eine Anzahl von parallel und mit Abstand angeordneten, plattenförmigen Leitblechen 1, die jeweils eine Reihe von ovalen Öffnungen aufweisen, welche im gestapelten Zustand der Leitbleche 1 koaxial angeordnet sind. Die die Öffnungen begrenzenden Ränder der Leitbleche 1 sind durch dazu koaxiale Kragen 30 verlängert (Fig. 4, 5). Die Öffnungen und Kragen 30 sind von senkrecht zu den Leitblechen 1 angeordneten Rohren 3 durchragt, die einen dem Querschnitt der Öffnungen und Kragen 30 entsprechenden ovalen Querschnitt besitzen. Die oberen und unteren Enden der Rohre 3 ragen durch entsprechende Durchbrüche 5 je einer Bodenplatte 6 bzw. 7 und sind längs ihres gesamten Umfangs mit Kragen 8 (Fig. 4, 5) dieser Durchbrüche 5 flüssigkeits- bzw. gasdicht verbunden. An der unteren Bodenplatte 6 ist ein üblicher Sammelkasten 9 befestigt, der einen Anschluß 10 für die Zu- oder Ableitung des die Rohre 3 durchströmenden Mediums, z.B. Wasser, aufweist. Ein entsprechender, nicht dargestellter Sammelkasten ist mit der oberen Bodenplatte 7 verbunden. Die Leitbleche 1 können noch mit üblichen Kiemenfeldern 31 (Fig. 6) zur Verwirbelung des zweiten Mediums, z.B. Luft, versehen sein.
Die Rohre 3 weisen vorzugsweise einen größten Außendurchmesser a (Fig. 2), hier kurz "großer Durchmesser" bezeichnet, auf, der um das 2,5-fache bis 8-fache größer als der kleinste Außendurchmesser b, hier kurz "kleiner Durchmesser" bezeichnet, ist, so daß ihr Verhältnis 2,5 : 1 bis 8 : 1 beträgt. Dabei können die Rohre 3, wie in Fig. 3 angedeutet ist, auch in zwei oder mehr, parallel zum kleinen Durchmesser b verlaufenden Reihen angeordnet sein.
Beim Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß der große Durchmesser a 12,4 mm und der kleine Durchmesser b 3,6 mm beträgt und die Rohre eine Wandstärke von 0,4 mm besitzen. Ferner ist vorausgesetzt, daß die Rohre 3 bereits mit den Leitblechen 1 fest verbunden sind und mit diesen ein sogenanntes Wärmeaustauschernetz 11 (Fig. 1) bilden. Diese Verbindung erfolgt so, wie es insbesondere bei der Herstellung von Öl- oder Wasserkühlern für Kraftfahrzeuge allgemein bekannt ist.
Zur Verbindung des Wärmeaustauschernetzes 11 mit den Bodenplatten 6 bzw. 7 wird auf die nachfolgend beschriebene Weise vorgegangen. Da die Befestigung beider Bodenplatten 6 und 7 zweckmäßig auf dieselbe Weise vorgenommen wird, ist nachfolgend nur die Befestigung der Bodenplatte 7 näher erläutert.
Beim oben vorausgesetzten Ausführungsbeispiel wird die Bodenplatte 7 mit ovalen Durchbrüchen 5 versehen, deren größter Durchmesser (= Innendurchmesser) 13,2 mm und deren kleinster Durchmesser (= Innendurchmesser) 8,7 mm beträgt. Dasselbe gilt für die Durchmesser der Kragen 8. Die Bodenplatte 7 wird ferner mit Dichtungselementen 12 (Fig. 4, 5) versehen, die auf die Durchbrüche 5 ausgerichtete Durchgangsöffnungen 13 und an diese angesetzte Dichtungskragen 14 aufweisen. Dabei sind die Dichtungselemente 12, die zu einer über die Breite und Länge der Bodenplatte 7 erstreckten, ein- oder mehrstückigen Dichtungsmatte oder -platte verbunden sein können, lose und derart auf einer Seite der Bodenplatte 7 angeordnet, daß die Dichtungskragen 14 von dort in die Kragen 8 der Bodenplatte 7 ragen und von innen fest an diesen anliegen (Fig. 4, 5). Alternativ könnte vorgesehen sein, die Dichtungen durch Spritzen oder Vulkanisieren fest mit der Bodenplatte 7 zu verbinden (DE-OS 35 05 492). Außerdem sind die Dichtungselemente 12 ausreichend elastisch, indem sie z.B. aus einem Elastomer hergestellt werden. Beim vorausgesetzten Ausführungsbeispiel weisen die Durchgangsöffnungen 13 und Dichtungskragen 14 einen größten Durchmesser (= Innendurchmesser) von 11,3 mm und einen kleinsten Durchmesser (= Innendurchmesser) von 6,8 mm auf.
Vor dem Einführen der Rohre 3 in die Dichtungskragen 14 werden ihre Enden von außen her durch Drücken bzw. Druckformen tulpenförmig verformt, indem ihre großen Durchmesser a auf 11,1 mm verkleinert und ihre kleinen Durchmesser b auf 6,6 mm vergrößert werden. Für diesen Vorgang (= Vordrücken) wird vorzugsweise ein Drückwerkzeug 15 (Fig. 2) verwendet, das aus je zwei plattenförmigen Drück- oder Formbacken 15a, 15b besteht, die parallel zur Achse 16 des Drückwerkzeugs 15 verlaufen und einander zugewandte Längsränder 17a, 17b aufweisen, die vorzugsweise gerade und ebenfalls parallel zur Achse 16 angeordnet sind. An diese Längsränder 17a,b grenzen Formtaschen 18a,b in Form von Aussparungen mit halbovalen Querschnitten, die, wenn die Längsränder 17 a,b aneinander anliegen (Fig. 3), jeweils eine geschlossene, ovale Aussparung 19 begrenzen, deren größter Durchmesser (= Innendurchmesser) senkrecht zur Achse 16 und deren kleinster Durchmesser (= Innendurchmesser) parallel zur Achse 16 liegt. Der lichte Abstand der Formtaschen 18a,b parallel zur Achse 16 entspricht dem lichten Abstand der Rohre 3 innerhalb einer Reihe. Bei den Aussparungen 19 beträgt im Ausführungsbeispiel der große Durchmesser 11,1 mm, der kleine Durchmesser 6,6 mm. Die Dicke der plattenförmigen Drückbacken 15a,b ist vorzugsweise etwa so groß, wie der Länge der Dichtungskragen 14 in deren Achsrichtung zuzüglich eines über die Dichtungselemente vorstehenden Rohrüberstands entspricht, der zum Ausgleich der Längen- und Winkligkeitstoleranzen der Rohre und Bodenplatten dient, und zuzüglich eines Übergangsbereichs mit der Länge l (Fig. 4), der einen weichen Übergang zwischen dem vorgedrückten Rohrende und den im Querschnitt unveränderten Rohrabschnitten im Netz.
Die Drückbacken 15a,b werden entsprechend Fig. 2 und 3 von der Oberseite des Wärmeaustauschernetzes 11 her auf die aus diesem herausragenden Enden der Rohre 3 aufgesetzt und dann mit nicht dargestellten, mechanischen, pneumatischen, hydraulischen oder elektrischen Mitteln in Richtung der Pfeile (Fig. 2) verspannt, bis ihre Längsränder 17a,b gegeneinanderliegen, und dann entgegengesetzt zur Pfeilrichtung wieder voneinander gelöst. Dadurch werden die Rohrenden von außen her so verformt (Fig. 3), daß ihre großen Durchmesser auf 11,1 mm verkleinert und ihre kleinen Durchmesser auf 6,6 mm vergrößert werden und daher die Rohrenden eine der Innenkontur der Aussparungen 19 entsprechende Außenkontur erhalten. Die Rohrenden weisen jetzt einen in die Dichtungskragen 14 einführbaren Querschnitt auf, was vor dem Drückvorgang nicht der Fall war. Dabei deutet in Fig. 3 eine Linie 20 die Querschnittsform der Rohrenden im ursprünglichen Zustand an, da in der Draufsicht die an die verformten Rohrenden grenzenden, den unveränderten Querschnitt aufweisenden übrigen Abschnitte der Rohre 3 teilweise sichtbar sind.
Sind Wärmeaustauschernetze mit mehreren Reihen von Rohren 3 vorgesehen, wie in Fig. 3 schematisch angedeutet ist, wird jede Rohrreihe entsprechend behandelt, wobei die einzelnen Reihen vorzugsweise taktweise nacheinander mit demselben Drückwerkzeug 15 behandelt werden.
Es wird nun die mit den Dichtungselementen 12 versehene Bodenplatte 7 in der Weise auf das Wärmeaustauschernetz 11 aufgelegt, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, in der in übertriebenem Maßstab jeweils ein das Einführen der Rohrenden in die Dichtungskragen 14 ermöglichender Freiraum dargestellt ist. Tatsächlich beträgt dieser Freiraum beispielsweise nur etwa ein bis zwei zehntel Millimeter. Die Bodenplatte 7 ist dabei natürlich mit einer oder mehreren Reihen von Durchbrüchen 5 entsprechend der jeweils vorhandenen Anzahl von Rohrreihen versehen.
Die endgültige Befestigung der Bodenplatte 7 am Wärmeaustauschernetz 11 erfolgt dadurch, daß die Rohrenden in an sich bekannter Weise durch Einführung eines Dorns 21 aufgeweitet werden. Zu diesem Zweck ist vorzugsweise eine der Zahl der Rohrenden entsprechende Anzahl von Dornen 21 vorgesehen, die über Tragelemente 22 an einer gemeinsamen Antriebsvorrichtung befestigt sind. Nach Fig. 5 besitzt der Dorn 21 einen ovalen Außenquerschnitt, der über Schrägflächen 23 in eine in die Rohrenden einführbare Spitze 24 ausläuft. Beim Ausführungsbeispiel ist der Außenquerschnitt des Dorns 21 beispielsweise so gewählt, daß die Rohrenden durch einmaliges Einführen der Dorne 21 auf ihrem Außenumfang auf einen großen Durchmesser von 12 mm und einen kleinen Durchmesser von 7,9 mm aufgeweitet werden. Dadurch werden die elastischen Wandteile der Dichtungskragen 14 in Richtung ihrer großen Durchmesser um je 0,35 mm und in Richtung ihrer kleinen Durchmesser um je 0,55 mm aufgeweitet, d.h. die Rohrenden in ihnen in Richtung der kleinen Durchmesser stärker verspannt.
Da bei der Anwendung von Rohren mit den hier interessierenden Dimensionen die Gefahr bestehen könnte, daß die Rohrenden beim Aufweiten (= Dichttulpen) mit dem Dorn 21 einreißen, wird dieses Aufweiten der Rohrenden vorzugsweise in zwei Schritten durchgeführt, wobei jeder Schritt in zwei Stufen erfolgt.
In einem ersten Aufweitschritt werden die Dorne 21 nach Fig. 7 benutzt, deren große und kleine Durchmesser m bzw. n um z.B. 0,6 mm kleiner sind, als den endgültigen, vollen Innendurchmessern der Rohrenden entspricht. In einem zweiten Aufweitschritt werden dann ebenfalls Dorne 21 entsprechend Fig. 7 benutzt, bei denen die Durchmesser m und n den endgültigen Maßen der Rohrenden entsprechen. Ein Vorteil dieser Maßnahme gegenüber der in einem Schritt erfolgenden Verfahrensweise liegt in der schonenderen Behandlung der Rohrenden, d.h. die Gefahr des Einreißens der Rohrenden wird verringert.
Mit besonderem Vorteil wird jeder Schritt außerdem in dem Sinne zweistufig durchgeführt, daß die Rohrenden in Einschubrichtung der Dorne 21 zuerst allmählich über den großen Durchmesser und danach unter Beibehaltung des dadurch erzielten Wertes allmählich über den kleinen Durchmesser, d.h. quer zu den langen Seiten aufgeweitet werden. Diese Vorgehensweise hat gegenüber einem in allen Richtungen gleichmäßigen und gleichzeitigen Aufweiten z.B. den Vorteil, daß bei der Ausformung der besonders rißempfindlichen, die kleinen Rohrradien aufweisenden Rohrabschnitte in diese noch Material aus den angrenzenden, die großen Rohrradien aufweisenden Rohrabschnitten fließen kann, da letztere zu diesem Zeitpunkt noch nicht an den Dornflanken anliegen und daher noch nicht durch Haftreibung an diesen gehalten werden.
Gemäß Fig. 7 sind außerdem die Spitzen 24 der Dorne 21 schneidenartig und so ausgebildet, daß die Rohre in den Übergangsbereichen von den aufgeweiteten Rohrenden zu den dazwischen liegenden mittleren Rohrabschnitten nicht durch Stauchung einfallen und dadurch die Rohrquerschnitte in diesen Bereichen verringern. Dieses Einfallen der Rohre 3 könnte sich während des Dorneinschubs durch den dabei auftretenden Schub in Längsrichtung der Rohre 3 ergeben. Insbesondere ist die Spitze 24 so geformt, daß ihr kleiner Durchmesser etwas kleiner als der kleine Innendurchmesser der innerhalb des Wärmeaustauschernetzes 11 befindlichen, mittleren Rohrabschnitte und ihr großer Durchmesser etwas kleiner als der große Innendurchmesser der Rohrenden nach dem Drücken ist. Dadurch wird gewährleistet, daß sich die langen Seitenwände der Rohre 3 erst dann an die Spitze 24 anlegen und an dieser abstützen, wenn sie tatsächlich nach innen ausknicken.
An die Spitze 24 schließt sich nach Fig. 7 ein in Einschubrichtung vorlaufender Dornabschnitt 25 an, der die oben erläuterte erste Aufweitungsstufe in Richtung des großen Durchmessers auf einen vorgewählten Wert bewirkt und dessen großer Durchmesser von der Spitze an allmählich auf den Durchmesser m zunimmt und danach bis zum anderen Dornende im wesentlichen konstant bleibt. Auf den Dornabschnitt 25 folgt schließlich - in Einschubrichtung betrachtet - ein nachlaufender Dornabschnitt 26. Dieser bewirkt die oben erläuterte zweite Aufweitungsstufe in Richtung des kleinen Durchmessers auf den vorgewählten Wert. Sein kleiner Durchmesser weist daher einen von der Spitze 25 allmählich auf den Durchmesser n ansteigenden Wert auf, der danach bis zum anderen Dornende im wesentlichen konstant bleibt. In Fig. 7 ist mit dem Maß k außerdem diejenige Differenz bezeichnet, um die beim Aufweiten der Rohrenden der volle große Durchmesser m - in Einschubrichtung des Dorns 21 betrachtet - früher als der volle kleine Durchmesser n erreicht wird. Dabei können die beiden Dornabschnitte 25,26 derart hintereinander liegen, daß die Aufweitung in Richtung des kleinen Durchmessers erst beginnt, nachdem die Aufweitung in Richtung des großen Durchmessers vollendet ist. Möglich ist aber auch, die beiden Dornabschnitte 25,26 derart gegeneinander versetzt und teilweise überlappt anzuordnen, daß die Aufweitung parallel zum kleinen Durchmesser bereits beginnt, bevor die Aufweitung parallel zum großen Durchmesser völlig abgeschlossen ist.
Die Enden der Rohre 3 und die Bodenplatte 7 sind jetzt entsprechend Fig. 6 dauerhaft fest miteinander verbunden. Das so ergänzte Wärmeaustauschernetz 11 kann anschließend in üblicher Weise mit dem Deckel eines zugehörigen Sammelkastens verbunden werden, dessen Umfangsrand z.B. in eine mit einem Dichtungsmittel versehene Umfangsnut 27 eingesetzt und der anschließend durch Umbiegen von Klammerlaschen an der Bodenplatte befestigt wird. Besonders bei Bodenplatten und Deckeln aus Kunststoff sind zur Verbindung auch z.B. Vibrationsschweißen, Kleben od. dgl. möglich.
Beim Ausführungsbeispiel ist das ursprüngliche Durchmesserverhältnis der Rohre 3 von 12,4 : 3,6 = 3,44 zunächst mittels der Drückbacken 15a,b auf 11,1 : 6,6 = 1,68 und dann durch Aufweiten mit dem Dorn 21 auf 12 : 7,9 = 1,52 verkleinert worden. Ein besonderer Vorteil des von außen her erfolgenden Drückens besteht dabei darin, daß die Rohre 3 zwar verformt werden, ihr Umfang aber im wesentlichen unverändert bleibt. Daher läuft der Umformvorgang ohne Streckung der Rohrwandungen und dadurch bedingte Kaltverfestigung der beteiligten Materialschichten ab, so daß beim abschließenden Aufweiten keine Gefahr besteht, daß die Rohrwandungen oder Kragen reißen. Dabei kann das Aufweiten so erfolgen, daß die Dichtungskragen 14 gleichmäßig radial in alle Richtungen, d.h. im wesentlichen radial zu einer gedachten Mittelachse, aber auch mit bevorzugter Richtung, z.B. parallel zu den kleinsten Durchmessern, vorgespannt werden, falls dies zur Vorspannung der im Einzelfall verwendeten Dichtungskragen zweckmäßig ist. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß der große Durchmesser der Rohre größer gewählt werden kann, als dem großen Durchmesser der Rohrenden nach dem Aufweiten entspricht. Dadurch ist es möglich, kompakte, schmale Wärmeaustauscher herzustellen, bei denen der kleinste Abstand der Wandungen der Rohre 3 im Wärmeaustauschernetz (Maß c in Fig. 6) in Richtung der großen Durchmesser kleiner als der entsprechende Abstand der Innenseiten der Dichtungskragen nach deren Einsetzen in die Kragen der Bodenplatte ist. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich daher vor allem zur Verbindung von Wärmeaustauschernetzen mit Bodenplatten aus Metall, bei denen dieser Abstand im Gegensatz zu Bodenplatten aus Kunststoff aus fertigungstechnischen Gründen begrenzt ist. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß das Aufweiten ohne Abstufung erfolgen kann und dadurch das Rohrende nicht überlastet wird.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, das sich auf vielfache Weise abwandeln läßt. Beispielsweise können die angegebenen Durchmesserverhältnisse des Wärmeaustauschers in weiten Grenzen variiert werden. Durchmesserverhältnisse von vorzugsweise 2,5 : 1 bis 5 : 1, aber auch solche von 5 : 1 bis 8 : 1 für die Rohre 3 des Wärmeaustauschernetzes und von 1,2 : 1 bis 3 : 1 an den Rohrenden im fertig montierten Wärmeaustauscher haben sich als besonders geeignet erwiesen. Dabei wäre es wegen der Anpassung der Querschnitte der Rohrenden durch Verformung auf einen im wesentlichen dem Querschnitt der Dichtungskragen entsprechenden Wert auch denkbar, diese Verformung auf andere Weise, z.B. von innen her, vorzunehmen, sofern dadurch lediglich eine Umformung bei im wesentlichen gleichbleibenden Umfang eintritt. Weiterhin ist nicht erforderlich, die Verformung so vorzunehmen, daß auch der veränderte Querschnitt der Rohrenden exakt oval ist, da auch andere Querschnittsformen, insbesondere rhombische Querschnittsformen od. dgl. zu vergleichbaren Ergebnissen führen. Außerdem wäre es möglich, beim Umformvorgang einen Dorn in die Rohrenden einzuführen, der sich bei der Umformung als Widerlager von innen gegen die Rohrwandungen legt. Schließlich ist die Erfindung nicht auf die Anwendung von Bodenplatten mit den ausgestellten Kragen 8 beschränkt. Insbesondere bei der Anwendung von Bodenplatten aus Kunststoff können diese Kragen 8 völlig entfallen. Durch entsprechend große Wahl der Wanddicke der Bodenplatten kann in diesem Fall dafür gesorgt werden, daß die Innenflächen der Durchbrechungen in den Bodenplatten ausreichen, um die Rohre 3 über die Dichtungselemente 12 und die in die Durchbrüche eingesetzten Dichtungskragen 14 sicher zu halten. Dabei kann die Innenfläche der Durchbrüche bei Bedarf auch abgestuft ausgebildet sein. Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Bodenplatten aus Kunststoff besteht darin, daß aus fertigungstechnischen Gründen (Herstellung der Bodenplatten durch Spritzguß, kein Ziehen von Kragen) der Abstand von Rohrreihen und damit die Tiefe des Wärmeaustauschernetzes noch kleiner als bei der Anwendung von Bodenplatten aus Metall gewählt werden kann.
Schließlich ist die Erfindung nicht auf ovale Rohrquerschnitte im streng mathematischen Sinn beschränkt. Unter der Bezeichnung "oval" sind für die Zwecke der Erfindung vielmehr alle solchen Querschnittsformen zu verstehen, die allgemein als oval, elliptisch, eiförmig od. dgl. oder in dem Sinne als "flachoval" bezeichnet werden, daß sie zwei parallele, gerade Seiten aufweisen, deren Enden durch oval, elliptisch, halbkreisförmig od. dgl. vorgewölbte Seiten miteinander verbunden sind. Auch bei Rohren mit solchen Querschnittsformen sollen die zwischen den bearbeiteten Enden befindlichen Rohrabschnitte ein Verhältnis des großen zum kleinen Durchmesser von 2,5:1 bis 8:1 aufweisen.

Claims

Wärmeaustauscher mit einem Wärmeaustauschernetz (11), das eine Vielzahl von Rohren (3) mit ovalem Querschnitt und Rohrenden mit von der Kreisform abweichender Querschnittsform enthält, und mit einer durch Aufweitung der Rohrenden an diesen befestigten Bodenplatte (6,7), die eine Vielzahl von Durchbrüchen (5) und Dichtungselemente (12) mit auf die Durchbrüche (5) ausgerichteten Durchgangsöffnungen (13) aufweist, die mit in den Durchbrüchen (5) angeordneten, die Rohrenden umgebenden Dichtungskragen (14) versehen sind, wobei das Durchmesserverhältnis der Rohre größer als das Durchmesserverhältnis der Rohrenden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchmesserverhältnis der Rohre (3) 2,5 : 1 bis 8 : 1 beträgt und die Rohrenden durch Drücken von außen her und nachfolgendes Aufweiten von innen her so verformt sind, daß sie im Bereich der Bodenplatte (6,7) ein Durchmesserverhältnis von 1,2 : 1 bis 3 : 1 aufweisen.
Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die großen Durchmesser der Rohre (3) größer als die großen Durchmesser der Rohrenden im Bereich der Bodenplatte sind.
Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrenden durch Drücken von außen her in eine von der Kreisform abweichende Form verformt, in die Durchgangsöffnungen (13) eingeführt und dann in alle Richtungen quer zu ihrer Längsrichtung von innen her aufgeweitet und dadurch flüssigkeitsdicht an die Dichtungskragen (14) angelegt werden, wobei die Verformung der Rohrenden so erfolgt, daß sie nach dem Aufweiten ein Durchmesserverhältnis von 1,2 : 1 bis 3 : 1 aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der Durchgangsöffnungen (13) oval ausgebildet und so gewählt werden, daß sie nur geringfügig größer als die nach dem Drücken erhaltenen Querschnitte der Rohrenden sind.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufweiten in der Weise erfolgt, daß der große Durchmesser der Rohrenden Kleiner als der große Durchmesser der Rohre (3) bleibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufweiten in zwei Schritten erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schritt zweistufig durchgeführt und dabei der volle große Durchmesser der Rohrenden jeweils vor dem vollen Kleinen Durchmesser der Rohrenden erreicht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufweitung der Rohrenden Dorne (21) in diese eingeschoben werden, die einen in Einschubrichtung vorlaufenden, einen vorgewählten großen Durchmesser herstellenden, ersten Dornabschnitt (25) und einen nachlaufenden, einen vorgewählten Kleinen Durchmesser herstellenden, zweiten Dornabschnitt (26) aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daR ein Einfallen der Rohre (3) den Übergangsbereichen zwischen den Rohrenden und den dazwischen liegenden mittleren Rohrabschnitten mittels den ersten Dornabschnitten (25) vorauslaufenden Spitzen (24) der Dorne (21) verhindert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Drücken in der Weise vorgenommen wird, daß der Umfang der Rohrenden im wesentlichen unverändert bleibt.