EP0396131A2

EP0396131A2 - Wärmetauscher

Info

Publication number: EP0396131A2
Application number: EP90108360A
Authority: EP
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. Hagemeister
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1989-05-05
Filing date: 1990-05-03
Publication date: 1990-11-07
Anticipated expiration: 2010-05-03
Also published as: DE59002877D1; DE3914774C2; JPH0351695A; EP0396131A3; EP0396131B1; DE3914774A1; US5086837A

Abstract

Ein Wärmetauscher mit zwei parallelen Sammelrohren (2a, 2b), die über eine Matrix aus mehreren Lagen von Profilröhrchen miteinander verbunden sind, weist zur Bildung der einzelnen Lagen von Profilröhrchen (8a, b, c) eine Vielzahl von übereinander angeordneten Blechschalen (1a, 1b) auf, wobei zwei komplementäre, miteinander verbundene Blechschalen (1a, 1b) eine Vielzahl von parallelen Längsschlitzen (4) aufweist, die über Verbindungsstege (1) unterbrochen sind. Diese Anordnung ermöglicht eine wesentlich vereinfachte Herstellung eines Wärmetauschers.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit zwei parallelen Sammelrohren, die über eine Matrix aus mehreren Lagen von Profilröhrchen miteinander verbunden sind, wobei Sammelrohre und Matrix aus einer Vielzahl von übereinander angeordneten Blechschalen aufgebaut sind.
Eine gattungsgemäße Wärmetauscheranordnung ist aus der DE-PS 32 42 845 bekannt geworden, bei der durch die Blechschalen mit den Sammelrohren kommunizierende Stutzen gebildet werden, in die Profilröhrchen gesteckt und gasdicht damit verbunden werden.
Die DE-PS 35 43 893 offenbart eine Anordnung, bei der eine Lage von Profilröhrchen einer U-förmigen Matrix dadurch gebildet wird, daß eine Anzahl gradliniger Profilröhrchen in einen aus zwei Schalen zusammengesetzten Umlenkabschnitt eingesteckt sind. Beide Anordnungen haben den Nachteil, daß ein hoher Herstellungsaufwand dadurch entsteht, daß einzelne Profilröhrchen gefertigt und mit den Blechschalen verbunden werden müssen. Ferner besteht die Notwendigkeit, entlang der Erstrekkung der Profilröhrchen Abstandhalter vorzusehen, damit sich die in geringem Abstand voneinander angebrachten Profilröhrchen nicht im Betrieb berühren oder zu sehr in Schwingungen geraten. Derartige Abstandhalter, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 37 26 058 bekannt geworden sind, erfordern einen hohen Montageaufwand, durch den sich bei der Vielzahl der verwendeten Profilröhrchen die Herstellungskosten für einen Wärmetauscher wesentlich erhöhen.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den gattungsgemäßen Wärmetauscher derart zu verbessern, daß die Herstellung der Sammelrohre und Matrix gegenüber den vorbekannten Anordnungen wesentlich vereinfacht wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Die wesentlichen Vorteile der erfindungsgemäßen Ausbildung sind darin zu sehen, daß sich die Herstellung eines kompletten Wärmetauschers aus den Teilelementen, d. h. den einzelnen Blechschalen sehr einfach gestaltet und dieser präzise und mit hoher Wiederholgenauigkeit herzustellen ist. Ferner ist das Fertigungsverfahren auf einfache Weise automatisierbar und trägt somit zu einer weiteren Vereinfachung des Herstellungsprozesses bei. Weitere Vorteile dieser Anordnung bestehen darin, daß die zwei komplementären Blechschalen einer Profilröhrchenlage sich an den dafür vorgesehenen Kontaktstellen auf einfache und automatisierbare Weise aneinander fluiddicht verbinden lassen, z. B. durch Schweißen (Diffusionsschweißen) oder Löten. Die für die Aufrechterhaltung der regulären Zuordnung der Profilröhrchen zueinander erforderlichen Abstandshalter, können ohne zusätzlichen Fertigungsaufwand von vornherein mit angeformt werden.
Vorzugsweise ist jede zweite Profilröhrchenlage im Querschnitt schachbrettartig versetzt zu den benachbarten Profilröhrchenlagen angeordnet, derart, daß im Bereich der Längschlitze einer Lage die Profilröhrchen der benachbarten Profilröhrchenlagen liegen. Diese im Prinzip bekannte Anordnung hat den Vorteil, daß Profilröhrchen in einer größtmöglichen Packungsdichte angeordnet sein können und somit die Umströmung und der Austauschgrad optimierbar ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung sieht vor, daß an den Verbindungsstegen zur Bildung von Abstandshalterungen gegenüber benachbarten Profilröhrchenlagen Elemente angebracht sind, die sich senkrecht zur Blechschalenebene hin erstrecken. Die Anbringung dieser Elemente erfolgt vorzugsweise nach dem Verbinden zweier eine Profilröhrchenlage bildender Blechschalen und ermöglicht auf diese Weise eine einfache Herstellung von Abstandshaltern gegenüber den benachbarten Profilröhrchenlagen.
Diese sich senkrecht erstreckenden Elemente sind in einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung zwei Seitenlaschen eines Verbindungssteges, die ursprünglich parallel zur Profilröhrchenlängsachse angeordnet sind und zur Bildung der Abstandshalter nach innen zurückgefaltet sind. Dieses Verfahren ist einfach automatisiert für eine ganze Lage oder eine ganze Reihe von Abstandshaltern durchführbar. Alternativ zu dieser Ausführung kann das senkrecht verlaufende Element auch aus einem Niet bestehen, der durch die aufeinander liegenden Verbindungstege zweier komplementärer Blechschalen getrieben ist. Die beiden Nietköpfe dieses Nietes sind dabei so ausgebildet, daß sie an die Form der benachbarten Profilröhrchenlagen im Berührungspunkt angepaßt sind. Vorteilhafterweise können die benachbarten Profilröhrchenlagen auch an den Berührpunkten mit den Nietköpfen besondere Formveränderungen, beispielsweise Einsenkungen aufweisen, um eine bessere Stützwirkung zu erzielen.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung sieht vor, daß zwischen komplementären Blechschalen im Bereich der Profilröhrchen-Längsmittelachsen Stützrippen angebracht sind. Hierdurch wird eine Verformung der Profilröhrchen im Betrieb durch die Druckdifferenz zwischen dem Außenbereich und dem Inneren der Profilröhrchen verhindert. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind diese Stützrippen als zickzackartig zwischen den Blechschalen verlaufende und mit diesen verbundene Leisten ausgebildet. Die Leiste kann entweder bereits zickzackartig vorgeformt sein oder als ursprünglich grade Leiste durch Aufwölbung der Profilröhrchen mittels erhöhtem Innendruck in ihre Endkontur gestreckt sein.
Eine alternative Ausbildung der Stützrippen besteht darin, daß diese als in Längsrichtung der Profilröhrchen sich erstreckende Stützleisten ausgebildet sind, derart, daß der Innenraum der Profilröhrchen in zwei parallel verlaufende Hohlräume aufgeteilt ist. Diese Stützleisten sind dabei entlang ihrer gesamten Erstreckung mit den Blechschalen verbunden, wodurch verhindert wird, daß sich diese im Betrieb durch den innen herrschenden Überdruck aufweiten. Diese Stützleisten können dabei aus Vollmaterial bestehen, so daß zwei vollkommen getrennte Hohlräume innerhalb jedes Profilröhrchens vorgesehen sind, oder sie können zur Gewichtsersparnis perforiert sein.
Eine alternative Ausbildung zur Verhinderung der Profilröhrchenaufweitung besteht erfindungsgemäß darin, daß die Blechschalen im Bereich der Profilröhrchenmittelachsen regelmäßig beabstandete noppenartige Einstülpungen aufweisen, an denen die komplementären Blechschalen punktförmig miteinander verbunden sind. Diese Ausbildung ist herstellungstechnisch sehr einfach vor oder nach dem Zusammenfügen der beiden komplementären Schalen durchzuführen und ermöglicht somit eine wesentlich vereinfachte Ausbildung der Röhrchenabstützung. Vorzugsweise sind diese Einstülpungen derart angebracht, daß sie im Bereich der Verbin dungsstege der benachbarten Profilröhrchenlagen angeordnet sind, so daß an den Verbindungsstegen angebrachte Nietköpfe in die Einstülpungen eingepaßt werden können. Über die Spannweite der Abstände benachbarter Einstülpungen geben die gewölbte Form der Profilröhrchenwandung sowie die Rippenwirkung der Profilspitze die notwendige Steifigkeit und Stabilität gegen Verformung, während die Trennkräfte aus dem Innendruck über die Noppenverbindung abgetragen werden. Die Größe der Kräfte an diesen Stellen entspricht der Länge des jeweils zugeordneten Rohrabschnittes und ist damit dem oben beschriebenen Abstand der Einstülpungen proportional. Bei höheren Innendrücken müssen also die Einstülpungen in engerer Folge längs der Rohrlänge angeordnet sein.
Vorzugsweise sind die Blechschalen rahmenartig ausgebildet, wobei die Sammelrohre durch Ausstanzungen mit aufgebogenen Kragen in den Mitten zweier gegenüberliegender Rahmenlängsseiten gebildet sind, und die Längsschlitze beidseitig der Ausstanzungen zur Bildung zweier gegenüberliegender U-förmiger Matrizen ausgerichtet sind. Diese Ausbildung ermöglicht einen besonders effektiven Aufbau des Wärmetauschers, der sich in konventioneller Herstellung bereits bewährt hat. Eine Weiterbildung dieser Ausführungsform sieht vor, daß die Längsschlitze sich bis zum Anfang der Rahmenquerseiten hin erstrecken, wobei die letzteren zur Bildung gemeinsamer Umlenkabschnitte als mit allen Profilröhrchen kommunizierender Hohlraum ausgebildet ist. Hierdurch ist es möglich, eine Lage von Profilröhrchen in einer daran angebrachten Haltevorrichtung abzustützen, so daß die Profilröhrchen bei Einwirkungen von Beschleunigungskräften durch Stöße und Erschütterungen weitgehend lastfrei bleiben. Die Hohlräume können aber eine solche Höhe aufweisen, daß die aufeinander liegenden Blechschalen in diesem Bereich direkt aufeinander liegen und daß das außen die Matrix umströmende Heißgas optimal geführt wird und ein seitlicher Austritt unter Umgehung des Wärmetauschers vermieden werden kann. Hierdurch wird vorteilhafterweise der Austauschgrad verbessert. Zur Stützung können die Hohlräume im Inneren mit Stütznoppen oder Stützrippen versehen sein, die eine Aufweitung im Betrieb verhindern.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers werden erfindungsgemäß das folgende Verfahren vorgeschlagen:
Blechplatten der erforderlichen Außenmaße, Wandstärke und Qualität werden unter Gesenken durch einen Zieh-/Preßvorgang mit dem erforderlichen Reliefmuster versehen, wobei die Ausprägung der symmetrischen Innenströmungsräume als Halbschale entsteht. Dazu ist auch ein einseitiges Gesenk verwendbar, wobei die Ausformung des Bleches durch Anwendung von hydraulischem oder pneumatischem Druck erfolgt. Besonders vorteilhafterweise sollte der Wärmetauscher derart gestaltet sein, daß diese Schalen auch auf Umschlag symmetrisch sind, dadurch ist die erforderliche Spiegelsymmetrie zweier Halbschalen, die zusammen ein Schichtelement des Strömungsinnenraumes bilden, mit nur einem Reliefmuster darstellbar.
Die halbschalenartigen Blechschalen werden anschließend einer Oberflächenbehandlung unterzogen, um Berührungsflächen für die folgende stoffschlüssige Verbindung zu aktivieren. Die Verbindung der beiden Blechschalen erfolgt sodann an den Berührungsflächen unter Energiezufuhr, wobei Laserschweißen, Elektronenstrahlschweißen, Löten, Preßschweißen als Diffusionsverbindung oder analoge Verfahren in Frage kommen können. Bei letztgenannten beiden Verfahren kann das erforderliche Zusatzmaterial entweder bereits zuvor auf die zu verbindenden Oberflächen aufgebracht werden (z. B. galvanisch, durch Bedampfen, Plattieren, durch Spritzen oder Drucken) oder als Folie zwischengelegt werden. Alternativ ist auch Schweißen oder Löten durch Widerstanderwärmung sowie durch hochfrequente elektrische Ströme möglich.
Eine vorteilhafte Weiterbildung dieses Herstellungsverfahrens besteht darin, daß das Zusammenfügen der komplementären Blechschalen mittels Hochfrequenzschweißen erfolgt, wobei die auseinandergespreizten Blechschalen durch an die Profilröhrchen formangepaßte, profilierte, entlang der Blechschalen bewegte Walzen entlang ihrer Berührflächen gegeneinander gepreßt werden, wobei an den noch nicht gefügten Enden der Blechschalen hochfrequenter Strom eingeleitet wird. Hierzu sind die zwei zusammenzufügenden, komplementären Blechschalen in einer Vorrichtung genau zueinander ausgerichtet und werden auf einer Seite in einen Einlaufspalt von gegeneinander rotierenden, profilierenden Spalten eingeschoben. Die Profilierung der im übrigen zylindrischen Oberflächen dieser Walzen entspricht dem Negativ des Reliefmusters der Blechschalen, so daß letztere beim Durchlaufen der Walzen nur an den zu verbindenden Stellen aufeinander gepreßt werden. Die noch nicht im Eingriff der Walzen befindlichen Bereiche der Blechschalen werden auseinandergespreizt, so daß zwischen ihren einander zugewandten, zu verbindenden Oberflächen ein sich bis zur Eingriffsstelle verengender Spalt ergibt.
Über Schleifkontakte wird beiden Blechschalen eine hochfrequente elektrische Spannung gegensätzlicher Polarität zugeführt. Es bildet sich dabei auf den Innenoberflächen der beiden Blechschalen ein elektrischer Strom aus, der bis zur Berührungsstelle läuft und dort auf die andere Seite übertritt. Dieser Stromübergang darf nur an den Stellen stattfinden, die stoffschlüssig miteinander verbunden werden sollen. Andere Berührungsstellen können passiviert werden. Zu diesem Zweck ist es auch möglich, zuvor auf den zu verbindenden Stellen Zusatzmaterial erhaben aufzubringen oder bei der Fügeprozedur eine Maske aus Zusatzmaterial, die das Bild der Verbindungsstellen hat, mit in den Fügespalt einlaufen zu lassen.
Wichtig ist es, durch diese Maßnahme und durch die Hochfrequenz des Stromes den Stromübergang auf die Fügestellen zu konzentrieren. Das bewirkt eine örtliche Erhöhung des Übergangswiderstandes mit starker Erwärmung und hohem elektrischem Spannungsgradienten in den benachbarten Spaltoberflächen kurz vor der Fügestelle. Hierdurch werden die beiden Blechschalen entlang ihrer vorzugsweise linienförmigen Berührstellen miteinander verschweißt. Aufgrund des hohen Spannungsgradienten kann sich außerdem ein Lichtbogen ausbilden, wobei dessen Plasma Verunreinigungen von den zu fügenden Flächen entfernt und die Kontaktoberflächen der Verbindung aktiviert, die unmittelbar folgend durch Einlaufen in die gepreßte Zone zwischen den Walzen geschlossen wird. Dieser Vorgang läuft kontinuierlich beim Passieren der Walzen ab, so daß die beiden Platten danach an den dafür vorgesehenen Stellen miteinander verbunden sind.
Eine alternative Verfahrensausgestaltung besteht darin, daß anstelle des hochfrequenten elektrischen Stromes die Fügung der Blechschalen mit Laserstrahlen durchgeführt wird, wobei die Laserstrahlen zwischen den zwei keilförmig zusammenlaufenden Platten auf deren gemeinsame Kontaktstellen fokusiert werden.
Über die Breite der Walzen verteilt sich eine größere Anzahl von Eingriffsstellen, an deren jeder die durchlaufenden Profilbleche exakt aufeinander gepreßt werden müssen. Bei einer einstückigen Walze besteht nun die Gefahr, daß durch örtlich unterschiedlichen Verschleiß sowie thermische und elastische Verformungen an einzelnen Stellen die Pressung mangelhaft wird, so daß dort keine einwandfreie Verbindung zustande kommt. Um dem abzuhelfen, ist vorzugsweise die jeweilige Walze in einzelne Scheiben aufgelöst. Diese Scheiben haben zentrische Bohrungen, durch die mit einem geringfügigen Spiel eine gemeinsame Führungswelle verläuft. Die Scheiben können aber auch in ihrem Außenumfang durch Führungsrollen positioniert werden, wobei jeweils drei ausreichend sind. In jedem Fall wird über eine Rolle, die der Eingriffsstelle diametral gegenüberliegt, jeder einzelnen Scheibe, die erforderliche Anpreßkraft aufgeprägt. Diese Rolle wird ihrerseits durch hydraulische oder pneumatische Elemente oder durch Federn unter Kraft gesetzt.
Nach dem Verbinden der zwei die Profilröhrchenwandungen einer Profilröhrchenlage bildenden Blechschalen werden die einzelnen Profilröhrchenlagen aufeinandergeschichtet und ebenfalls auf die oben beschriebene Art im Bereich der Sammelrohre miteinander verbunden. Es ist dabei auch möglich, die Längsschlitze und Ausstanzungen fuhr die Sammelrohre erst nach dem Zusammenfügen der zwei komplementären Blechschalen zu fertigen, anstatt dies zu Anfang im Rahmen des Zieh-/Preßvorganges durchzuführen.
Ein alternatives Herstellungsverfahren des erfindungsgemäßen Wärmetauschers besteht darin, daß auf ebene, vorbehandelte Flächen mit den erforderlichen Außenmaßen an den Stellen, die nicht zusammengefügt werden, eine passivierende Schicht aufgebracht wird. Dies geschieht z. B. auch durch Aufdrucken. Die anderen, zu verbindenden Gebiete werden zum Löten oder Diffusionsschweißen mit Zusatzmaterial beschichtet, z. B. durch Siebdruck. Anschließend werden die zu verbindenden komplementären Bleche aufeinandergelegt und durch Erhitzen zusammengefügt. Zur Verhinderung von Verzug oder unzulässig großen Spalten werden die Bleche dabei aufeinandergepreßt. Vorzugsweise werden dabei die Bleche nur an ihrem Umriß mechanisch festgepreßt, während auf die Fläche während des Verbindungsvorganges ein hydraulischer oder pneumatischer Druck aufgebracht wird. Es kann dadurch geschehen, daß zunächst eine Glocke aufgesetzt wird, die am Rand die äußere Kontur der Bleche zusammenpreßt und sodann ein Gasdruck in dem geschlossenen Hohlraum aufgebracht wird. Die gefügten Platten werden anschließend zwischen Gesenke gelegt und durch pneumatischen oder hydraulischen Innendruck derart verformt, daß die inneren Strömungswege der Profilröhrchen aufgeblasen werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen weiter erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1: eine Draufsicht auf eine Blechschale,
Fig. 2: eine Schrägansicht von mehreren Profilröhrchen,
Fig. 3: einen Querschnitt durch Profilröhrchen im Bereich der Noppenverbindung,
Fig. 4: einen Längsschnitt durch Profilröhrchen,
Fig. 5: einen Querschnitt durch eine andere Profilröhrchenausführung,
Fig. 6: einen Längsschnitt gemäß der Linie VI-VI von Fig. 5,
Fig. 7: mehrere Profilröhrchenquerschnitte,
Fig. 8: eine Vorrichtung zur Durchführung des Fügeverfahrens.

Die in Fig. 1 dargestellte Blechschale 1 ist im wesentlichen rahmenartig aufgebaut und weist in den Mitten zweier gegenüberliegender Rahmenlängsseiten zwei runde Aussparungen 2a,b zur Bildung von zwei Sammelrohren auf. Ferner ist eine Vielzahl von parallel ausgerichteten, regelmäßig über Verbindungsstege 3 unterbrochenen Längsschlitzen 4 vorgesehen, derart, daß vom Bereich der Aussparungen 2a,b bis zu den Rahmenquerseiten hin sich erstreckende, durchgehende Längsstreifen 5 zur Bildung von Profilröhrchenwandungen ausgebildet sind. Die Blechschale 1 ist dabei im Bereich der Längsstreifen 5 muldenartig profiliert zur Bildung von im Querschnitt etwa ellipsenartiger Profilröhrchen.
In der Schrägansicht gemäß Fig. 2 ist zu erkennen, wie durch zwei aufeinanderliegende Blechschalen 1a,b eine Lage von Profilröhrchen gebildet wird. Dabei sind die Blechschalen 1a,b im Bereich der Längsstreifen 5 entsprechend profiliert. Ferner zu erkennen ist, daß die Längsschlitze 4 durch die Verbindungsstege 3 unterbrochen sind. Die Profilröhrchen 6 werden dadurch gebildet, daß die Längsstreifen 5 entlang ihrer Ränder 7 z. B. mittels Schweißen zusammengefügt werden. Benachbart übereinanderliegende Profilröhrchenlagen 8a,b sind dabei derart versetzt angeordnet, daß die Profilröhrchen 6 der einen Lage 8a im Bereich der Längsschlitze 4 der zweiten Profilröhrchenlage 8b angeordnet sind.
In den Verbindungsstegen 3 sind Niete mit zwei Nietköpfen 9a,b auf beiden Seiten der Blechschalen 1a,b eingelassen. Gleichzeitig sind in den Profilröhrchen 6 der darüber und darunter liegenden Profilröhrchenlage 8b Einsenkungen 10 vorgesehen, bei denen die sich berührenden Wandabschnitte zusammengeschweißt sind. Diese Einsenkungen 10 sind vorzugsweise im Bereich der Nietköpfe 9a,b der benachbarten Profilröhrchenlage 8a vorgesehen. Sie können aber auch zusätzlich dazwischen angeordnet sein, wenn dies aufgrund des Innendruckes erforderlich ist.
In Fig. 3 ist ein Querschnitt durch drei benachbarte Profilröhrchenlagen 8a,b,c dargestellt, an denen gezeigt ist, wie die Nietköpfe 9a,b einer Profilröhrchenlage 8b mit den Einsenkungen 10 der benachbarten Profilröhrchenlagen 8a,c zusammenwirken. Die beiden Blechschalen 1a,b sind dabei im Bereich der Berührstellen 11 an den Einsenkungen 10 miteinander verlötet oder verschweißt. In Fig. 4 ist die Anordnung gemäß Fig. 3 im Längsschnitt der Profilröhrchen 6 dargestellt, wobei zu erkennen ist, daß die Einsenkungen 10 punktförmig ausgebildet sind.
Eine alternative Ausgestaltung der Verbindungsstege 3 ist in Fig. 5 dargestellt, bei der der Abstand zweier benachbarter Profilröhrchenlagen 8a,b durch zurückgebogene Seitenlaschen 13 der Verbindungsstege 3 erfolgt. In dem Schnitt gemäß der Linie VI-VI, der in Fig. 6 dargestellt ist, ist zu erkennen wie die Seitenlaschen 13 der Verbindungsstege 3 zur Bildung der Abstandshalter zwischen den Profilröhrchenlagen 8a,c ausgebildet sind.
In Fig. 7 sind verschiedene Formen von Profilröhrchen im Querschnitt sowie im Längsschnitt dargestellt, wobei verschiedene Möglichkeiten zur Abstützung der Profilröhrchenwandungen 14a,b zur Verhinderung der Ausbauchung durch Innendruck dargestellt sind. Das Profilröhrchen 6a weist regelmäßig beabstandet angeordnete Einsenkungen 10 auf, die entlang ihrer Berührstellen 11 miteinander verbunden sind. Die Ausführung 6b weist eine in Längsrichtung verlaufende Stützleiste 15 b auf, die abwechselnd in die eine und in die andere Richtung ausgeknickt ist, um eine ausreichende Verbindungsfläche mit den Profilröhrchenwandungen 14a,b zu erreichen. Ferner weist die Stützleiste 15b regelmäßig verteilte Aussparungen 16 auf, was zu einer Gewichtsreduzierung beiträgt. Die Ausführung 6c weist eine durchgehende, im Querschnitt konkavartige Stützleiste 15c auf, die mit beiden Profilröhrchenwandungen 14a,b verbunden ist. Das Profilröhrchen 6d weist eine gerade Stützleiste 15d auf, die regelmäßig perforiert ist. Diese kann auch entlang der Linie 17 geteilt ausgeführt sein, wobei die beiden Teilleisten entlang dieser Linie 17 miteinander verbunden sind. Die Ausführungsform für ein Profilröhrchen 6e zeigt eine schlangenartig gewundene Leiste 18, die ebenfalls mit den beiden Profilröhrchenwandungen 14a,b verbunden ist. Die Ausführungsform 6f schließlich zeigt eine zickzackartig verlaufende Leiste 18, die beispielsweise durch Strecken aus einer ursprünglich geradlinigen Leiste hergestellt werden kann.
In Fig. 8 ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Fügeverfahrens zweier komplementärer Blechschalen 1a,b dargestellt.
Die beiden Blechschalen 1a,b sind aufgebogen, und werden durch zwei zusammenwirkende Walzen 19a,b gegeneinander gedrückt. Durch die Rotation der Walzen 19a,b werden die Blechschalen 1a,b dabei gleichzeitig in den Spalt zwischen den Walzen 19a,b gezogen. An ihren walzenfernen Ende sind die die Blechschalen 1a,b über Kontakte 20a,b mit einem Wechselstromgenerator 21 verbunden. Mittels dieses Wechselstromgenerators 21 wird eine hochfrequente Wechselspannung über die Blechschalen 1a,b bis an deren Verbindungsstelle 22 im Spalt zwischen den Walzen 19a,b geleitet. Aufgrund der Hochfrequenz bewegt sich der Strom praktisch ausschließlich an der Bauteiloberfläche und erhitzt an der Verbindungsstelle die beiden Blechschalen 1a,b, diese werden durch die Erwärmung und die über die Walzen 19a,b aufgebrachte Druckspannung zusammengefügt werden. Der Wechselstromgenerator 21 liefert dabei Stromstärken im Bereich von einigen Ampere bei Frequenzen von etwa 10 MHz - 1 GHz. Die genauen Parameter wählt der Fachmann abhängig von Werkstoff, Geometrie und Abmessungen.
Die auf dieser Weise hergestellten, aus zweikomplementären Blechschalen 1a,b bestehenden Wärmetauscherelemente werden anschließend übereinandergestapelt und auf andere Weise, beispielsweise mittels Diffusionsschweißen oder durch Aufbringen von Lötmaterial im Bereich um die Aussparungen 2a,b miteinander verlötet.

Claims

1. Wärmetauscher mit zwei parallelen Sammelrohren, die über eine Matrix aus mehreren Lagen von Profilröhrchen miteinander verbunden sind, wobei Sammelrohre und Matrix aus einer Vielzahl von übereinander angeordneten Blechschalen aufgebaut sind, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei komplementäre, miteinander verbundene Blechschalen (1a,b) unter Bildung von Längsschlitzen (4) eine Profilröhrchenlage (8a,bc) und den zugehörigen Abschnitt der Sammelrohre ausformen, wobei zwischen den parallelen Längsschlitzen (4) Verbindungsstege (3) vorgesehen sind und die Blechschalen (1a, 1b) zwischen je zwei Längsschlitzen (4) muldenartig profiliert sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede zweite Profilröhrchenlage (8a,c) im Querschnitt schachbrettartig versetzt zu den benachbarten Profilröhrchenlagen (8b) angeordnet ist, derart, daß im Bereich der Längsschlitze (4) einer Lage (8b) die Profilröhrchen (6) der benachbarten Profilröhrchenlagen (8a,c) liegen.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechschalen (1a,b) zwischen je zwei Längsschlitzen (4) zur Bildung von im Querschnitt lanzettenartigen oder ellipsenartigen Profilröhrchen (6) ausgeformt sind.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstege (3) regelmäßig beabstandet sind, und an ihnen zur Bildung von Abstandshaltern gegenüber benachbarten Profilröhrchenlagen (8a,c) Elemente (9a,c) angebracht sind, die sich senkrecht zur Blechschalenebene hin erstrecken.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verbindungssteg (3) einer Blechschale (1a,b) zwei zurückgefaltete Seitenlaschen (13) aufweist.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch zwei aufeinanderliegende Verbindungsstege (3) zweier komplementärer Blechschalen (1a,b) ein Niet mit zwei Nietköpfen (9a,c) gezogen ist.

7. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen komplementären Blechschalen (1a,b) im Bereich der Profilröhrchenlängsmittelachsen Stützmittel (15,18) angebracht sind.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützmittel als zickzackartig zwischen den Blechschalen (1a,b) und mit diesen verbundene Leisten (18) ausgebildet sind.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützmittel als zwischen an den Blechschalen (1a,b) in Profilröhrchenlängsrichtung sich erstreckende Stützleisten (15b,c) ausgebildet sind.

10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechschalen regelmäßig beabstandete noppenartige Einstülpungen (10) aufweisen, an denen die komplementären Blechschalen (1a,b) punktförmig miteinander verbunden sind.

11. Wärmetauscher nach Anspruch 6 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Nietköpfe (9a,c) in den Einstülpungen (10) benachbarter Profilröhrchenlagen (8a,c) abgestützt sind.

12. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechschalen (1a,b) rahmenartig ausgebildet sind, wobei Sammelrohre durch Aussparungen (2a,b) mit aufgebogenem Kragen in den Mitten zweier gegenüberliegender Rahmenlängsseiten gebildet sind und die Längsschlitze (4) beidseitig der Aussparungen (2a,b) zur Bildung zweier gegenüberliegender U-förmiger Matritzen ausgerichtet sind.

13. Wärmetauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsschlitze (4) sich bis zum Anfang der Rahmenquerseiten hin erstrecken, wobei die letzteren zur Bildung gemeinsamer Umlenkabschnitte als mit allen Profilröhrchen (6) kommunizierender Hohlraum ausgebildet sind.

14. Wärmetauscher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Umlenkabschnitte Stütznoppen oder Stützrippen angebracht sind.

15. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Blechplatten der erforderlichen Außenmaße durch einen Ziehpreßvorgang mit dem erforderlichen Reliefmuster versehen, wobei die Längsschlitze (4) und Aussparungen (2a,b) ausgestanzt werden,

b) Behandeln der Oberflächen der zu fügenden Berührflächen zweier komplementärer Blechschalen (1a,b) zur Aktivierung für die folgende stoffschlüssige Verbindung,

c) Fügen der Berührflächen zweier komplementärer Blechschalen, (1a,b) mittels Schweißen oder Löten,

d) Anbringen von Abstandshaltern an den Verbindungsstegen (3),

e) Zusammenfügen benachbarter Profilröhrchenlagen (8a,b,c) entlang von Aufwölbungen der Aussparungen (2a,b) zur Bildung von Sammelrohren.

16. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Blechplatten der erforderlichen Außenmaße durch einen Ziehpreßvorgang mit dem erforderlichen Reliefmuster versehen,

d) Längsschlitze (4) und Aussparungen (2a,b) ausstanzen,

e) Anbringen von Abstandshaltern an den Verbindungsstegen (3),

f) Zusammenfügen benachbarter Profilröhrchenlagen (8a,b,c) entlang von Aufwölbungen der Aussparungen (2a,b) zur Bildung von Sammelrohren.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusammenfügen der komplementären Blechschalen (1a,b) mittels Hochfrequenzschweißen erfolgt, wobei die auseinandergespreizten Blechschalen (1a,b) durch an die Profilröhrchenform angepaßte, profilierte, Walzen (19a,b) entlang ihrer Berührflächen gegeneinander gepreßt werden, wobei an den noch nicht gefügten Enden der Blechschalen (1a,b) hochfrequenter Strom eingeleitet wird.

18. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) zwei entsprechend ausgestanzte komplementäre Blechplatten werden an den nicht zu fügenden einander zugewandten Innenflächen mit einer passivierenden Schicht versehen, während die zu fügenden Flächen mit Zusatzmaterial beschichtet werden,

b) die aufeinandergelegten Blechplatten werden durch Erhitzen zusammengefügt,

c) die gefügten Platten werden zwischen Gesenke gelegt und durch Innendruck zur Bildung der Strömungshohlräume aufgeblasen,

d) Zusammenfügen benachbarter Profilröhrchenlagen entlang der Ränder der Ausstanzungen (2a,b) zur Bildung der Sammelrohre.