EP0714008A2 - Wärmetauscher mit einem Sammelrohr - Google Patents
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- EP0714008A2 EP0714008A2 EP95117762A EP95117762A EP0714008A2 EP 0714008 A2 EP0714008 A2 EP 0714008A2 EP 95117762 A EP95117762 A EP 95117762A EP 95117762 A EP95117762 A EP 95117762A EP 0714008 A2 EP0714008 A2 EP 0714008A2
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- F28D1/05383—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators with multiple rows of conduits or with multi-channel conduits
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- F28F9/0219—Arrangements for sealing end plates into casing or header box; Header box sub-elements
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- F28D2021/0084—Condensers
Definitions
- the invention relates to a heat exchanger with a header pipe according to the preamble of claim 1 and a method for producing a slot in such a header pipe according to the preamble of claim 12.
- Such a heat exchanger is known from US Pat. No. 5,265,672, which shows two parallel manifolds, between which flat tubes through which fluid flows are arranged.
- the flat tubes each open into a slot in the header, which is arranged in a plane approximately perpendicular to the longitudinal axis of the header.
- the heat exchanger fluid flows through the flat tubes to give off the heat, the collecting tubes serving as a connection between two adjacent flat tubes.
- reinforced retaining rails are arranged, which are guided through the slots in the collecting tubes and axially close the interior of the collecting tube as a partition.
- the slots are delimited on their narrow sides by slot walls of the collecting tube arranged parallel to one another, the slot walls extending approximately along a tangent to a circle around the tube longitudinal axis.
- the slot length determined by the spacing of the slot walls corresponds to the inside diameter of the collecting tube, in order to ensure that a flat tube or a closure element such as a partition wall can be inserted into the slot without problems.
- the introduced Component is encompassed over the length of the slot walls arranged parallel to one another on the narrow sides of the slot and can be firmly connected to the collecting tube, for example by soldering.
- the diaphragm walls become ever thinner and border approximately at an acute angle to the outer jacket of the collector pipe.
- the slotted walls can no longer provide the required stability and the material can tear, which can be caused by comparatively small forces which can arise, for example, when a flat tube is inserted into the slit.
- a tight and pressure-resistant connection is not ensured, so that the entire collecting pipe must be replaced.
- the invention has for its object to provide a heat exchanger with a manifold with which a stable and tight connection of a laterally opening component is guaranteed with the smallest possible diameter and high pressure resistance; in addition, a method is to be specified with which a header pipe for such a heat exchanger can be manufactured.
- the diaphragm walls are identical to the deformed walls of the collecting tube, they have a constant wall thickness over their entire wall length.
- the diaphragm walls are therefore made considerably more stable than in the prior art, as a result of which the risk of material failure is substantially reduced.
- Such a slot can be produced according to the invention by first introducing a slot with a slot length smaller than the inside diameter of the collecting tube, for example by sawing, milling, punching or the like, and in a second step the collecting tube walls delimiting the narrow sides of the slot with the aid of a slot die enlarged and calibrated to the final slot length.
- Such slots are quick and easy to manufacture in terms of production technology.
- the widened diaphragm walls expediently extend at least from a central plane through the collector tube to an intersection of the tangent to the diaphragm wall with the outer jacket of the collector tube.
- a slot is made in the header, the slot length of which is reduced by at least twice the wall thickness of the header compared to the inside diameter of the header. It is thereby ensured that the component inserted into the slot is held on its narrow sides by the slot walls over a minimum length, and the component is securely positioned due to the larger connecting surface held and a pressure-tight connection can be made.
- a circumferential groove forming the slot bottom is formed on the inner jacket of the collecting tube in the area of the slot plane, the bottom of the groove being at a greater distance from the longitudinal axis than the inner tube jacket.
- a flat tube or a partition can be inserted, which has a greater width than the inner diameter of the header.
- the widened groove can be produced with the aid of the slot punch, which is sunk into the tube interior and presses the slot bottom radially outwards.
- the groove runs in a semicircle concentric to the inner jacket of the header; the end sections of the groove adjoining the semicircle are advantageously formed by the slot walls.
- the distance of the groove base of the widened groove to the inner tube shell in the direction of the slot bottom is continuously reduced, so that the side of the inner jacket which is at a maximum distance from the slot opening is not or only slightly widened.
- the diaphragm walls are offset radially outwards with respect to the inner tube shell, so that a shoulder is formed between the diaphragm walls and the inner tube shell, by which the insertion depth of the component to be inserted laterally into the collecting tube is limited.
- the collecting tube can have a shape that deviates from the circular shape, in particular one with respect to a longitudinal cross-sectional axis have symmetrical cross section.
- the cross section is expediently formed from two circular sections with different radius, which are connected to one another by straight wall sections aligned approximately parallel to the longitudinal axis of the cross section.
- the slot opening can be introduced on the circular section with a larger radius, the slot walls extending on the straight wall sections. The insertion depth is limited by the circular section with a smaller radius opposite the slot opening.
- Fig. 1 shows a section transverse to the longitudinal axis 5 of a one-piece manifold 2, which is used in a heat exchanger 1, not shown.
- the collecting tube 2 has a slot 3 which lies in a plane 4 approximately perpendicular to the longitudinal axis 5 of the collecting tube.
- a plurality of slots arranged in parallel are introduced over the axial length of the header pipe, into which flat tubes can be inserted, through which heat exchanger fluid flows.
- the heat exchanger fluid of a flat tube flows into the interior of the header tube and is deflected into the adjacent flat tube.
- partition walls can be inserted into further slots in the header, which tightly seal the header cross section.
- the narrow sides of the slot 3 are delimited by slot walls 8a, 8b of the collecting tube 2 which are arranged parallel to one another and extend approximately along a tangent 9a, 9b to one Circle 10 lying in the tube inner jacket 14 extends around the tube longitudinal axis 5.
- the slot length a is determined by the distance between the slot walls 8a, 8b and corresponds to the inner diameter d of the header tube 2.
- the slotted walls 8a, 8b are formed from the deformed walls 11a, 11b of the header tube 2 and have a constant wall thickness s over their wall length l.
- the outer sides 12a, 12b of the slot walls run largely outside the outer jacket 13 of the collecting tube 2.
- a flat tube with the same cross-section as the cross-section of the slot can be inserted into the slot 3, the insertion depth being limited by a tube center plane 15 which is between the semicircular slot bottom 16 and the adjoining diaphragm walls 8a, 8b.
- a partition is inserted into the slot, which abuts the inner jacket 14 of the collecting tube in the area of the slot.
- Flat tubes and partitions can be firmly anchored in the slot by soldering.
- the wall thickness of the diaphragm walls 8a, 8b which in the exemplary embodiment according to FIG. 1 is identical to the wall thickness s of the collecting tube, is constant over the entire length l of the diaphragm walls; the diaphragm walls can therefore also absorb high transverse loads in the area of their axially open ends without the risk of material breakage.
- the risk of cracking when the diaphragm walls are widened to their final dimension a is also significantly reduced.
- the burst pressure of such a trained The collecting tube can be up to 120 bar and possibly even more.
- FIG. 2 shows a top view of the collecting tube 2 in the area of the slot 3.
- the slot walls 8a, 8b can be designed in the form of a slot groove 25 in the shape of a part circle, into which the correspondingly shaped flat tube or the partition wall can be inserted.
- the slot groove 25 allows a secure insertion of the component to be inserted along the slot plane 4.
- the slot walls 8a, 8b advantageously extend at least from the tube center plane 15 to an intersection A or B of the tangents 9a and 9b with the outer jacket 13 of the collecting tube, in order to ensure that the flat tube or the partition wall is held in the slot 3 over a minimum length is.
- a further advantageous embodiment of the slot in the header is shown.
- a circumferential groove 17 forming the slot bottom 16 is formed in the area of the slot plane 4, the bottom 18 of which groove has a greater distance c to the tube longitudinal axis 5 than the inner tube jacket 14.
- the groove bottom 18 forms a concentric circle with the inner jacket 14 and is offset radially outwards from the inner jacket by the amount of the groove depth t.
- the axial end sections 19a, 19b of the groove 17 are expediently formed by the slot walls 8a, 8b, the semicircular groove 17 merging into the tangential slot groove 25.
- a partition wall can advantageously be inserted into the groove 17 and is securely guided in the slot 3 down to the slot bottom 16.
- the slot length a is increased by twice the groove depth t compared to the inner pipe diameter d.
- 5a and 5b also has a radially widened groove 17 lying in the slot plane 4, the groove depth t between the groove base 18 and the inner tube jacket 14 decreasing with increasing distance from the slot opening 20 to the slot bottom 16. As shown in FIG. 5b, the groove depth t then decrease completely to zero, that is to say that the groove base 18 merges into the inner jacket 14; 5a, the groove depth t on the slot bottom 16 can have a residual dimension.
- the slot length a is determined by the distance between the slot walls 8a, 8b.
- FIG. 6 shows a further expedient embodiment of the slot 3 in the collecting tube 2.
- the slotted walls 8a, 8b are offset radially outwards by an amount f with respect to the inner tube jacket 14; a shoulder 21a, 21b is formed between the inner tube jacket 14 and the slot walls, which advantageously slopes away as a ramp-shaped transition between the slot wall and the inner jacket.
- the ramp-shaped design of the shoulder keeps material stresses low, which can arise due to the slot enlargement in the tube wall of the collecting tube.
- the flat tube inserted into the slot 3 can be supported on the shoulder 21a, 21b, as a result of which a predetermined insertion depth is determined.
- the shoulder 21a, 21b also prevents liquid items to be soldered from flowing between the slotted walls 8a, 8b and the narrow sides of the flat tube during the soldering process and from entering the interior of the collecting tube 2.
- the slot length a is in this design by twice the amount of the offset f between the inner jacket and diaphragm wall expanded compared to the inner pipe diameter d.
- the cross section is advantageously symmetrical with respect to a cross-sectional longitudinal axis 22, FIG. 7. It is composed of two circular sections 27, 28 with different radius r, R, which are connected to one another by two wall sections 26a, 26b aligned approximately parallel to the cross-sectional longitudinal axis 22.
- the slot opening 20 is expediently introduced on the circular section 28 with a larger radius R, the slot walls 8a, 8b extending on the straight wall sections 26a, 26b and, in particular, being offset radially outward by the amount f with respect to the inner pipe jacket 14.
- the slot length a is therefore expanded by twice the amount f compared to the inner width of the header pipe - measured along the transverse axis 23.
- the slot walls 8a, 8b extend on both sides of the transverse axis 23.
- This design of the header has the advantage that the overall height h of the header 2 can be varied depending on the length of the wall sections 26a, 26b. If the wall sections 26a, 26b completely disappear, the overall height h is reduced compared to a round pipe cross-section with the same cross-sectional area of the header pipe.
- the circular section 28 with an enlarged radius R rests in the form of a slightly rounded cover on both sides of the slot opening 20, as a result of which the overall height h is reduced.
- FIG. 8 shows the collecting tube according to FIG. 7 with a flat tube 6 inserted into the slot 3, which as a multi-chamber profile with several parallel individual channels 29 is formed.
- the narrow sides of the flat tube 6 are slightly rounded and are guided in the slot grooves 25 of the slot walls 8a, 8b.
- FIG. 9 shows a further perspective illustration of the collecting pipe 2 from FIG. 7, a larger axial section of the collecting pipe being shown.
- a plurality of parallel slots 3, which are arranged at approximately the same distance, are introduced into the collecting tube and, as described above, have either slot walls offset radially outwards or a radially widened groove.
- partitions 7a and 7b can be inserted into the slots, which have a contour adapted to the interior of the tube in the area of the slot.
- the partition 7a is designed as a plate, the thickness of which corresponds approximately to the slot width and which has an approximately rectangular shape with a semicircular end section; the partition 7a can be inserted into a slot designed according to FIGS. 3, 5a or 5b.
- the partition 7b also has an approximately rectangular shape, the end section being designed as a circular section with a smaller diameter than the rectangle width. This results in a shoulder in the transition region of the circular section to the rectangle, which is complementary to the shoulder 21a, 21b of the slot according to FIG. 6 or FIG. 7.
- Non-circular cross-sectional shape has the same non-circular cross-sectional shape over the entire section shown; According to an embodiment which is not shown, it can also be expedient to make only individual segments of the collecting tube out of round in the region of the slots and to manufacture the remaining collecting tube sections in a circular manner.
- the Non-circular sections can be produced by reshaping.
- FIG. 10 shows a side view of the illustration according to FIG. 9, a further slot 3 ′ being arranged on the collecting tube 2, which is located on the opposite side of a previous slot 3.
- a mutual arrangement of the slots on opposite sides of the header can be particularly useful in the case that flat tubes are inserted into the slots on a header side and partition walls are inserted into the slots on the opposite side.
- FIG. 11a shows a section through an undeformed collecting tube 2, into which a slot 3 is introduced in FIG. 11b by sawing, milling, punching or the like.
- the slot 3 introduced in a first step has a smaller slot length e than the inner tube diameter d.
- the collecting tube therefore has a circular section shape in the region of the slot, which extends beyond a semicircular shape.
- the manifold walls 11a, 11b delimiting the narrow sides of the slot 3 are enlarged and calibrated to the final slot length a by means of a slot punch 24, see FIG. 11c.
- the manifold walls 11a, 11b form the slot walls 8a, 8b arranged parallel to one another.
- the slot length e introduced in the first step is reduced by at least twice the wall thickness s of the collecting pipe 2 compared to the inside pipe diameter d. This ensures that when the manifold walls are enlarged to the final dimension End region of the slit walls 8a, 8b lies outside the outer jacket 13 of the collecting tube 2.
- the slot walls 8a, 8b can be displaced radially outward so far that the slot length a determined by the spacing of the slot walls 8a, 8b is greater than the inner tube diameter d, see FIGS. 6 and 7 in this regard 24 is constructed similarly to the partition 7b described above for this purpose, it consists of an approximately rectangular base body 30, which is followed by an approximately semicircular end section 31 adapted to the pipe cross section.
- the end section 31 advantageously has a smaller diameter than the rectangular base body 30 of the slot die 24, the diameter advantageously being reduced by twice the wall thickness s.
- an intermediate section 32 can be inserted between the base body 30 and the end section 31 into the slot punch 24, which has approximately the length l of the slot walls 8 a, 8 b and has the same width as the diameter of the end section 31.
- the end section 31 can also connect directly to the base body 30 via an oblique transition 33;
- a slot punch 24 can advantageously be used to produce the radially outwardly offset slot walls 8a, 8b of FIGS. 6 and 7, the end section 31 having the same diameter as the inside diameter of the collecting tube and being completely sunk into the inside of the collecting tube.
- the device and the method according to the invention are expediently used in all-metal heat exchangers such as oil coolers, charge air coolers, in radiators and flat tube condensers, regardless of whether they are single-flow or multi-flow.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem Sammelrohr nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Schlitzes in einem derartigen Sammelrohr nach dem Oberbegriff des Anspruches 12.
- Ein derartiger Wärmetauscher ist aus der US 5 265 672 bekannt, die zwei parallele Sammelrohre zeigt, zwischen denen fluiddurchströmte Flachrohre angeordnet sind. Die Flachrohre münden jeweils in einen Schlitz im Sammelrohr, der in einer Ebene etwa senkrecht zur Längsachse des Sammelrohrs angeordnet ist. Das Wärmetauscherfluid durchströmt zur Abgabe der Wärme die Flachrohre, wobei die Sammelrohre als Verbindung zweier benachbarter Flachrohre dienen. An den axialen Enden der Sammelrohre sind verstärkt ausgebildete Halteschienen angeordnet, die durch die Schlitze in die Sammelrohre geführt sind und als Trennwand den Innenraum des Sammelrohres axial verschließen. Die Schlitze sind an ihren Schmalseiten von parallel zueinander angeordneten Schlitzwänden des Sammelrohrs begrenzt, wobei sich die Schlitzwände etwa längs einer Tangente zu einem Kreis um die Rohrlängsachse erstrecken. Die vom Abstand der Schlitzwände bestimmte Schlitzlänge entspricht dabei dem Innendurchmesser des Sammelrohrs, um zu gewährleisten, daß ein Flachrohr oder ein Verschlußelement wie eine Trennwand problemlos in den Schlitz eingeführt werden kann. Das eingeführte Bauteil ist dabei über die Länge der zueinander parallel angeordneten Schlitzwände an den Schmalseiten des Schlitzes umgriffen und kann beispielsweise durch Löten fest mit dem Sammelrohr verbunden werden.
- Diese Verbindung hat den Nachteil, daß die für ein Verbinden von Sammelrohr und eingestecktem Bauteil vorhandene Länge der Schlitzwand sehr gering ist, da diese von dem Innendurchmesser und dem Außendurchmesser des Sammelrohrs abhängt und maximal von einer Rohrmittelebene bis zum Schnittpunkt der Schlitzwand mit dem Außenmantel des Sammelrohrs reicht. Die Verbindung von Sammelrohr und einragendem Bauteil muß innerhalb dieser beschränkten Schlitzwandlänge erfolgen.
- Mit zunehmendem Abstand von der Rohrmittelebene werden die Schlitzwände immer dünner und grenzen etwa spitzwinklig an den Außenmantel des Sammelrohrs. Im Bereich des Außenmantels besteht die Gefahr, daß die Schlitzwände die erforderliche Stabilität nicht mehr aufbringen und das Material einreißen kann, wofür bereits vergleichsweise geringe Kräfte verantwortlich sein können, die beispielsweise beim Einstecken eines Flachrohres in den Schlitz entstehen können. Im Falle eines Einreißens ist eine dichte und druckfeste Verbindung nicht sichergestellt, so daß das gesamte Sammelrohr ausgetauscht werden muß.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher mit einem Sammelrohr anzugeben, mit dem bei geringstmöglichem Durchmesser und hoher Druckfestigkeit eine stabile und dichte Verbindung eines seitlich einmündenden Bauteils gewährleistet ist; zudem soll ein Verfahren angegeben werden, mit dem ein Sammelrohr für einen derartigen Wärmetauscher gefertigt werden kann.
- Diese Aufgabe wird bei einem Wärmetauscher erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bezüglich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.
- Da die Schlitzwände identisch sind mit den verformten Wänden des Sammelrohrs, weisen sie über ihre gesamte Wandlänge eine konstante Wandstärke auf. Die Schlitzwände sind daher gegenüber dem Stand der Technik erheblich stabiler ausgebildet, wodurch die Gefahr eines Materialversagens wesentlich reduziert ist.
- Ein derartiger Schlitz ist erfindungsgemäß dadurch herstellbar, daß zunächst ein Schlitz mit kleinerer Schlitzlänge als der Sammelrohr-Innendurchmesser eingebracht wird, beispielsweise durch Sägen, Fräsen, Stanzen oder ähnliches, und in einem zweiten Schritt die die Schmalseiten des Schlitzes begrenzenden Sammelrohrwände mit Hilfe eines Schlitzstempels bis auf die endgültige Schlitzlänge vergrößert und kalibriert werden. Derartige Schlitze sind produktionstechnisch schnell und einfach herzustellen.
- Die aufgeweiteten Schlitzwände erstrecken sich zweckmäßig zumindest von einer Mittelebene durch das Sammelrohr bis zu einem Schnittpunkt der Tangente an der Schlitzwand mit dem Außenmantel des Sammelrohrs. Hierfür wird in einem ersten Schritt ein Schlitz in das Sammelrohr eingebracht, dessen Schlitzlänge zumindest um die doppelte Wandstärke des Sammelrohrs gegenüber dem Innendurchmesser des Sammelrohrs vermindert ist. Es ist dadurch sichergestellt, daß das in den Schlitz eingesteckte Bauteil über eine Mindestlänge an seinen Schmalseiten von den Schlitzwänden gehalten ist, und aufgrund der größeren Verbindungsfläche das Bauteil lagesicher gehalten und eine druckdichte Verbindung hergestellt werden kann.
- In einer vorteilhaften Ausführung ist am Innenmantel des Sammelrohrs im Bereich der Schlitzebene eine umlaufende, den Schlitzboden bildende Nut ausgebildet, deren Nutgrund einen größeren Abstand zur Längsachse aufweist als der Rohrinnenmantel. In diese radial aufgeweitete Nut ist ein Flachrohr oder eine Trennwand einsteckbar, das bzw. die eine größere Breite als der Innendurchmesser des Sammelrohrs aufweist. Die aufgeweitete Nut kann mit Hilfe des Schlitzstempels hergestellt werden, der in den Rohrinnenraum versenkt wird und den Schlitzboden radial nach außen drückt. Die Nut verläuft dabei in einem Halbkreis konzentrisch zum Innenmantel des Sammelrohrs; die sich an den Halbkreis anschließenden Endabschnitte der Nut sind vorteilhaft von den Schlitzwänden gebildet.
- In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, daß der Abstand des Nutgrundes der aufgeweiteten Nut zum Rohrinnenmantel in Richtung Schlitzboden sich immer weiter verringert, so daß die in maximaler Entferung zur Schlitzöffnung liegende Seite des Innenmantels nicht bzw. nur geringfügig aufgeweitet ist.
- Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung sind die Schlitzwände gegenüber dem Rohrinnenmantel radial nach außen versetzt, so daß zwischen den Schlitzwänden und dem Rohrinnenmantel eine Schulter gebildet ist, durch die die Einstecktiefe des in das Sammelrohr seitlich einzuführenden Bauteils begrenzt ist.
- Das Sammelrohr kann einen von der Kreisform abweichenden, insbesondere einen bezüglich einer Querschnittslängsachse symmetrischen Querschnitt aufweisen. Der Querschnitt ist zweckmäßig aus zwei Kreisabschnitten mit unterschiedlichem Radius gebildet, die durch gerade, etwa parallel zur Querschnittslängsachse ausgerichtete Wandabschnitte miteinander verbunden sind. Die Schlitzöffnung kann an dem Kreisabschnitt mit größerem Radius eingebracht sein, wobei sich die Schlitzwände an den geraden Wandabschnitten erstrecken. Die Einstecktiefe ist durch den der Schlitzöffnung gegenüberliegenden Kreisabschnitt mit kleinerem Radius begrenzt.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Querschnitt durch ein Sammelrohr entlang der Schlitzebene mit umgeformten Schlitzwänden,
- Fig. 2
- eine Draufsicht auf das Sammelrohr nach Fig. 1 im Bereich der Schlitzöffnung,
- Fig. 3
- einen Querschnitt durch ein Sammelrohr mit umlaufender, radial aufgeweiteter Nut,
- Fig. 4
- eine Draufsicht auf das Sammelrohr nach Fig. 3,
- Fig. 5a und 5b
- andere Ausführungen zur Darstellung in Fig. 3 mit einer umlaufenden Nut,
- Fig. 6
- einen Querschnitt durch ein Sammelrohr mit radial nach außen versetzten Schlitzwänden,
- Fig. 7
- einen Querschnitt durch ein Sammelrohr mit einer von der Kreisform abweichenden Querschnittsgestalt,
- Fig. 8
- eine perspektivische Darstellung des Sammelrohrs nach Fig. 7 mit eingeschobenem Flachrohr,
- Fig. 9
- eine perspektivische Darstellung eines axial größeren Abschnittes des Sammelrohrs nach Fig. 7,
- Fig. 10
- eine Seitenansicht der Darstellung nach Fig. 9,
- Fig.11a bis 11c
- jeweils einen Querschnitt durch ein Sammelrohr während der verschiedenen Stufen des Herstellungsprozesses,
- Fig. 12
- einen Schlitzstempel zur Aufweitung der Schlitzwände.
- Fig. 1 zeigt einen Schnitt quer zur Längsachse 5 eines einstückig gefertigten Sammelrohres 2, das in einem nicht näher dargestellten Wärmetauscher 1 eingesetzt ist. Das Sammelrohr 2 weist einen Schlitz 3 auf, der in einer Ebene 4 etwa senkrecht zur Längsachse 5 des Sammelrohrs liegt. Über die axiale Länge des Sammelrohrs sind mehrere, parallel angeordnete Schlitze eingebracht, in die Flachrohre einsteckbar sind, die von Wärmetauscherfluid durchströmt sind. Das Wärmetauscherfluid eines Flachrohrs fließt in den Innenraum des Sammelrohrs und wird in das benachbarte Flachrohr umgelenkt. Zur Erzielung einer eindeutigen, mäanderförmigen Strömungsführung durch benachbarte Flachrohre sind in weitere Schlitze im Sammelrohr Trennwände einsteckbar, die den Sammelrohrquerschnitt dicht verschließen.
- Die Schmalseiten des Schlitzes 3 sind von parallel zueinander angeordneten Schlitzwänden 8a, 8b des Sammelrohrs 2 begrenzt, die sich etwa längs einer Tangente 9a, 9b zu einem im Rohrinnenmantel 14 liegenden Kreis 10 um die Rohrlängsachse 5 erstrecken. Die Schlitzlänge a ist vom Abstand der Schlitzwände 8a, 8b bestimmt und entspricht dem Innendurchmesser d des Sammelrohrs 2.
- Die Schlitzwände 8a, 8b sind aus den umgeformten Wänden 11a, 11b des Sammelrohrs 2 gebildet und weisen über ihre Wandlänge l eine konstante Wandstärke s auf. Die Außenseiten 12a, 12b der Schlitzwände verlaufen größtenteils außerhalb des Außenmantels 13 des Sammelrohrs 2. In den Schlitz 3 ist ein Flachrohr mit gleichem Querschnitt wie der Querschnitt des Schlitzes einsteckbar, wobei die Einstecktiefe von einer Rohrmittelebene 15 begrenzt ist, die zwischen dem halbkreisförmigen Schlitzboden 16 und den sich daran anschließenden Schlitzwänden 8a, 8b verläuft. Für den Fall, daß der Rohrquerschnitt dicht abgeschlossen werden soll, wird eine Trennwand in den Schlitz eingeschoben, die am Innenmantel 14 des Sammelrohrs im Bereich des Schlitzes anliegt. Flachrohre und Trennwände können durch Löten fest im Schlitz verankert werden.
- Mit dieser Ausbildung des Schlitzes im Sammelrohr ist es möglich, daß der Außendurchmesser des Sammelrohrs die Schlitzlänge a lediglich um die doppelte Wandstärke s überschreitet. Die Wandstärke der Schlitzwände 8a, 8b, die im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 identisch ist mit der Wandstärke s des Sammelrohrs, ist über die gesamte Länge l der Schlitzwände konstant; die Schlitzwände können daher auch im Bereich ihrer axial offenen Enden hohe Querbelastungen aufnehmen, ohne daß die Gefahr eines Materialbruches besteht. Auch ist die Gefahr einer Rißbildung bei der Aufweitung der Schlitzwände auf ihr Endmaß a entscheidend verringert. Der Berstdruck eines derart ausgebildeten Sammelrohres kann bis zu 120 bar und gegebenenfalls auch mehr betragen.
- In Fig. 2 ist eine Draufsicht auf das Sammelrohr 2 im Bereich des Schlitzes 3 dargestellt. Die Schlitzwände 8a, 8b können in Form einer Schlitznut 25 teilkreisförmig ausgebildet sein, in die das entsprechend geformte Flachrohr bzw. die Trennwand einsteckbar ist. Die Schlitznut 25 erlaubt ein sicheres Einführen des einzusteckenden Bauteils entlang der Schlitzebene 4.
- Die Schlitzwände 8a, 8b erstrecken sich vorteilhaft zumindest von der Rohrmittelebene 15 bis zu einem Schnittpunkt A bzw. B der Tangenten 9a und 9b mit dem Außenmantel 13 des Sammelrohrs, um sicherzustellen, daß das Flachrohr bzw. die Trennwand über eine Mindestlänge im Schlitz 3 gehalten ist.
- In den Fig. 3 und 4 ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Schlitzes im Sammelrohr gezeigt. Am Innenmantel 14 des Sammelrohrs 2 ist im Bereich der Schlitzebene 4 eine umlaufende, den Schlitzboden 16 bildende Nut 17 ausgebildet, deren Nutgrund 18 einen größeren Abstand c zur Rohrlängsachse 5 aufweist als der Rohrinnenmantel 14. Der Nutgrund 18 bildet einen konzentrischen Kreis zum Innenmantel 14 und ist gegenüber dem Innenmantel um den Betrag der Nuttiefe t radial nach außen versetzt. Die axialen Endabschnitte 19a, 19b der Nut 17 sind dabei zweckmäßig von den Schlitzwänden 8a, 8b gebildet, wobei die halbkreisförmige Nut 17 in die tangential anliegende Schlitznut 25 übergeht. In die Nut 17 kann vorteilhaft eine Trennwand eingeschoben werden, die bis herab zum Schlitzboden 16 sicher im Schlitz 3 geführt ist. Fig. 4 ist zu entnehmen, daß die Schlitzwandaußenseiten 12a, 12b infolge der radial aufgeweiteten Nut 18 über den Außenmantel 13 des Sammelrohrs 2 hinausragen. Die Schlitzlänge a ist gegenüber dem Rohrinnendurchmesser d um den doppelten Betrag der Nuttiefe t vergrößert.
- Das Sammelrohr der Fig. 5a und 5b weist ebenfalls eine radial aufgeweitete, in der Schlitzebene 4 liegende Nut 17 auf, wobei die Nuttiefe t zwischen Nutgrund 18 und Rohrinnenmantel 14 mit zunehmender Distanz von der Schlitzöffnung 20 hin zum Schlitzboden 16 sich verringert. Wie in der Fig. 5b dargestellt, dann die Nuttiefe t vollständig auf Null zurückgehen, das heißt daß der Nutgrund 18 in den Innenmantel 14 übergeht; gemäß der Darstellung in Fig. 5a kann die Nuttiefe t am Schlitzboden 16 ein Restmaß aufweisen. Die Schlitzlänge a ist vom Abstand der Schlitzwände 8a, 8b bestimmt.
- In Fig. 6 ist eine weitere zweckmäßige Ausbildung des Schlitzes 3 im Sammelrohr 2 gezeigt. Die Schlitzwände 8a, 8b sind gegenüber dem Rohrinnenmantel 14 radial um einen Betrag f nach außen versetzt; zwischen dem Rohrinnenmantel 14 und den Schlitzwänden ist eine Schulter 21a, 21b gebildet, die vorteilhaft als rampenförmiger Übergang zwischen Schlitzwand und Innenmantel schräg abfällt. Durch die rampenförmige Ausbildung der Schulter sind Materialspannungen gering gehalten, die durch die Schlitzvergrößerung in der Rohrwand des Sammelrohrs entstehen können. An der Schulter 21a, 21b kann das in den Schlitz 3 eingesteckte Flachrohr abgestützt werden, wodurch eine fest vorgegebene Einstecktiefe bestimmt ist. Die Schulter 21a, 21b hindert zudem flüssiges Lötgut daran, während des Lötvorganges zwischen den Schlitzwänden 8a, 8b und den Schmalseiten des Flachrohres abzufließen und in den Innenraum des Sammelrohrs 2 einzutreten. Die Schlitzlänge a ist bei dieser Ausbildung um den doppelten Betrag des Versatzes f zwischen Innenmantel und Schlitzwand gegenüber dem Rohrinnendurchmesser d erweitert.
- Die Fig. 7 bis 10 zeigen jeweils ein Sammelrohr mit einem von der Kreisform abweichenden Querschnitt. Der Querschnitt ist vorteilhaft bezüglich einer Querschnittslängsachse 22 symmetrisch ausgebildet, Fig. 7. Er ist aus zwei Kreisabschnitten 27, 28 mit unterschiedlichem Radius r, R zusammengesetzt, die durch zwei gerade, etwa parallel zur Querschnittslängsachse 22 ausgerichtete Wandabschnitte 26a, 26b miteinander verbunden sind. Die Schlitzöffnung 20 ist zweckmäßig an dem Kreisabschnitt 28 mit größerem Radius R eingebracht, wobei sich die Schlitzwände 8a, 8b an den geraden Wandabschnitten 26a, 26b erstrecken und insbesondere gegenüber dem Rohrinnenmantel 14 radial nach außen um den Betrag f versetzt sind. Die Schlitzlänge a ist daher gegenüber der Innenbreite des Sammelrohres - entlang der Querachse 23 gemessen - um den doppelten Betrag f erweitert. Die Schlitzwände 8a, 8b erstrecken sich zu beiden Seiten der Querachse 23.
- Diese Ausbildung des Sammelrohres hat den Vorteil, daß die Bauhöhe h des Sammelrohrs 2 je nach Länge der Wandabschnitte 26a, 26b variiert werden kann. Fallen die Wandabschnitte 26a, 26b ganz weg, ist die Bauhöhe h bei gleicher Querschnittsfläche des Sammelrohrs im Vergleich zu einem runden Rohrquerschnitt verringert. Der Kreisabschnitt 28 mit vergrößertem Radius R liegt in Form eines leicht abgerundeten Deckels beidseitig zur Schlitzöffnung 20 an, wodurch die Bauhöhe h vermindert ist.
- Die perspektivische Darstellung der Fig. 8 zeigt das Sammelrohr nach Fig. 7 mit einem in den Schlitz 3 eingesteckten Flachrohr 6, das als Mehrkammerprofil mit mehreren parallelen Einzelkanälen 29 ausgebildet ist. Die Schmalseiten des Flachrohrs 6 sind leicht abgerundet ausgebildet und werden in den Schlitznuten 25 der Schlitzwände 8a, 8b geführt.
- Fig. 9 zeigt eine weitere perspektivische Darstellung des Sammelrohrs 2 aus Fig. 7, wobei ein größerer axialer Abschnitt des Sammelrohrs dargestellt ist. In das Sammelrohr sind mehrere parallele, etwa in gleichem Abstand angeordnete Schlitze 3 eingebracht, die wie vorbeschrieben entweder radial nach außen versetzte Schlitzwände oder eine radial aufgeweitete Nut aufweisen. Neben einem Flachrohr 6 sind in die Schlitze Trennwände 7a und 7b einsetzbar, die eine an den Innenraum des Rohres im Bereich des Schlitzes angepaßte Kontur aufweisen.
- Die Trennwand 7a ist als Platte ausgebildet, deren Dicke etwa der Schlitzbreite entspricht und die etwa Rechteckgestalt mit halbkreisförmigem Endabschnitt aufweist; die Trennwand 7a ist in einen gemäß Fig. 3, 5a oder 5b ausgebildeten Schlitz einsteckbar. Die Trennwand 7b weist ebenfalls eine etwa rechteckförmige Gestalt auf, wobei der Endabschnitt als Kreisabschnitt mit kleinerem Durchmesser als die Rechteckbreite ausgebildet ist. Hierdurch ergibt sich im Übergangsbereich des Kreisabschnitts zum Rechteck eine Schulter, die komplementär zur Schulter 21a, 21b des Schlitzes nach Fig. 6 bzw. Fig. 7 ausgebildet ist.
- Das Sammelrohr der Fig. 9 weist über den gesamten gezeigten Abschnitt die gleiche unrunde Querschnittsgestalt auf; gemäß einer nicht dargestellten Ausführung kann es auch zweckmäßig sein, lediglich einzelne Segmente des Sammelrohrs im Bereich der Schlitze unrund auszubilden und die übrigen Sammelrohrabschnitte kreisförmig zu fertigen. Die unrunden Abschnitte können hierbei durch Umformen hergestellt werden.
- Fig. 10 zeigt eine Seitenansicht der Darstellung nach Fig. 9, wobei ein weiterer Schlitz 3' am Sammelrohr 2 angeordnet ist, der sich auf der gegenüberliegenden Seite eines vorhergehenden Schlitzes 3 befindet. Eine wechselseitige Anordnung der Schlitze auf gegenüberliegenden Seiten des Sammelrohrs kann insbesondere für den Fall zweckmäßig sein, daß in die Schlitze auf einer Sammelrohrseite Flachrohre eingesteckt werden und in die Schlitze auf der gegenüberliegenden Seite Trennwände eingeschoben werden.
- In den Fig. 11a bis 11c ist ein Verfahren zur Herstellung eines Schlitzes in einem Sammelrohr dargestellt. Fig. 11a zeigt einen Schnitt durch ein unverformtes Sammelrohr 2, in das in Fig. 11b ein Schlitz 3 durch Sägen, Fräsen, Stanzen oder ähnliches eingebracht wird. Der in einem ersten Schritt eingebrachte Schlitz 3 (Fig. 11b) weist eine kleinere Schlitzlänge e als der Sammelrohr-Innendurchmesser d auf. Das Sammelrohr weist daher im Bereich des Schlitzes Kreisabschnittsform auf, die über eine Halbkreisform hinausreicht. In einem zweiten Schritt werden die die Schmalseiten des Schlitzes 3 begrenzenden Sammelrohrwände 11a, 11b mittels eines Schlitzstempels 24 auf die endgültige Schlitzlänge a vergrößert und kalibriert, siehe Fig. 11c. Die Sammelrohrwände 11a, 11b bilden die parallel zueinander angeordneten Schlitzwände 8a, 8b.
- Weiterhin ist vorgesehen, daß die im ersten Schritt eingebrachte Schlitzlänge e zumindest um die doppelte Wandstärke s des Sammelrohrs 2 gegenüber dem Sammelrohr-Innendurchmesser d vermindert ist. Dadurch ist sichergestellt, daß bei einer Vergrößerung der Sammelrohrwände auf das Endmaß der Stirnbereich der Schlitzwände 8a, 8b außerhalb des Außenmantels 13 des Sammelrohrs 2 liegt.
- Mit Hilfe des Schlitzstempels 24 können die Schlitzwände 8a, 8b so weit radial nach außen versetzt werden, daß die vom Abstand der Schlitzwände 8a, 8b bestimmte Schlitzlänge a größer ist als der Sammelrohr-Innendurchmesser d, siehe hierzu Fig. 6 und 7. Der Schlitzstempel 24 ist hierfür ähnlich wie die vorbeschriebene Trennwand 7b aufgebaut, er besteht aus einem etwa rechteckförmigen Grundkörper 30, an den sich ein an den Rohrquerschnitt angepaßter, etwa halbkreisförmiger Endabschnitt 31 anschließt. Der Endabschnitt 31 weist vorteilhaft einen geringeren Durchmesser als der rechteckförmige Grundkörper 30 des Schlitzstempels 24 auf, wobei der Durchmesser zweckmäßig um den doppelten Betrag der Wandstärke s verringert ist.
- Wie in Fig. 11c dargestellt ist, kann zwischen Grundkörper 30 und Endabschnitt 31 ein Zwischenabschnitt 32 in den Schlitzstempel 24 eingesetzt sein, der etwa die Länge l der Schlitzwände 8a, 8b aufweist und die gleiche Breite hat wie der Durchmesser des Endabschnitts 31.
- Gemäß Fig. 12 kann sich der Endabschnitt 31 auch direkt über einen schrägen Übergang 33 an den Grundkörper 30 anschließen; mit einem derartigen Schlitzstempel 24 können vorteilhaft die radial nach außen versetzten Schlitzwände 8a, 8b der Fig. 6 bzw. 7 hergestellt werden, wobei der Endabschnitt 31 den gleichen Durchmesser wie der Sammelrohr-Innendurchmesser aufweist und vollständig in den Sammelrohr-Innenraum versenkt wird.
- Für den Fall, daß der Endabschnitt 31 des Schlitzstempels 24 einen größeren Durchmesser aufweist als der Sammelrohr-Innendurchmesser, kann eine in der Schlitzebene 4 liegende, radial am Innenmantel 14 des Sammelrohrs umlaufende Nut 17 eingedrückt werden, Fig. 3 und 5a bzw. 5b.
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das Verfahren findet zweckmäßig Anwendung bei Ganzmetall-Wärmetauschern wie Ölkühlern, Ladeluftkühlern, in Heizkörpern und Flachrohrkondensatoren, unabhängig davon, ob diese einflutig oder mehrflutig ausgestaltet sind.
Claims (12)
- Wärmetauscher mit einem Sammelrohr, in das mindestens ein Schlitz (3) eingebracht ist, der in einer Ebene (4) etwa senkrecht zur Längsachse (5) des Sammelrohrs (2) liegt und in den ein fluiddurchströmtes Flachrohr (6), eine Trennwand (7a, 7b) oder dgl. einsteckbar ist, wobei die Schmalseiten des Schlitzes (3) von parallel zueinander angeordneten Schlitzwänden (8a, 8b) des Sammelrohrs (2) begrenzt sind, die sich etwa längs einer Tangente (9a, 9b) zu einem Kreis (10) um die Rohrlängsachse (5) erstrecken und die vom Abstand der Schlitzwände (8a, 8b) bestimmte Schlitzlänge (a) zumindest dem Sammelrohr-Innendurchmesser (d) entspricht,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzwände (8a, 8b) aus verformten Wandabschnitten (11a, 11b) des Sammelrohrs (2) gebildet sind, die über ihre Wandlänge (l) eine konstante Wandstärke (s) aufweisen, und die Schlitzwand-Außenseiten (12a, 12b) größtenteils außerhalb des Sammelrohr-Außenmantels (13) liegen. - Wärmetauscher nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzwände (8a, 8b) sich zumindest von einer Rohrmittelebene (15) bis zu einem Schnittpunkt (A, B) der Tangente (9a, 9b) mit dem Rohr-Außenmantel (13) erstrecken. - Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß am Rohr-Innenmantel (14) im Bereich der Schlitzebene (4) eine umlaufende, den Schlitzboden (16) bildende Nut (17) ausgebildet ist, deren Nutgrund (18) einen größeren Abstand (c) zur Rohrlängsachse (5) aufweist als der Rohr-Innenmantel (14), wobei vorzugsweise die axialen Endabschnitte (19a, 19b) der Nut (17) von den Schlitzwänden (8a, 8b) gebildet sind. - Wärmetauscher nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Nutgrund (18) konzentrisch zum Rohr-Innenmantel (14) verläuft. - Wärmetauscher nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Nuttiefe (t) vom Nutgrund (18) zum Rohr-Innenmantel (14) mit zunehmender Distanz zur Schlitzöffnung (20) sich verringert. - Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzwände (8a, 8b) gegenüber dem Rohr-Innenmantel (14) radial nach außen versetzt sind und zwischen den Schlitzwänden (8a, 8b) und dem Rohr-Innenmantel (14) eine Schulter (21a, 21b) gebildet ist. - Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das Sammelrohr (2) einen von der Kreisform abweichenden, insbesondere einen bezüglich einer Querschnittslängsachse (22) symmetrischen Querschnitt aufweist, wobei der Querschnitt aus zwei Kreisabschnitten (27, 28) mit unterschiedlichem Radius (r, R) gebildet ist, die durch gerade, etwa parallel zur Querschnittslängsachse (22) ausgerichtete Wandabschnitte (26a, 26b) miteinander verbunden sind. - Wärmetauscher nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzöffnung (20) an dem Kreisabschnitt (28) mit größerem Radius (R) eingebracht ist und die Schlitzwände (8a, 8b) sich an den geraden Wandabschnitten (26a, 26b) erstrecken. - Verfahren zur Herstellung eines Schlitzes (3) in einem Sammelrohr (2) eines Wärmetauschers (1), der in einer Ebene (4) etwa senkrecht zur Sammelrohr-Längsachse (5) liegt und in den ein fluiddurchströmtes Flachrohr (6), eine Trennwand (7a, 7b) oder dgl. einsteckbar ist, wobei die Schlitzlänge (a) zumindest dem SammelrohrInnendurchmesser (d) entspricht und der Schlitz (3) durch Sägen, Fräsen, Stanzen oder ähnliches hergestellt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Schritt ein Schlitz (3) mit kleinerer Schlitzlänge (e) als der Sammelrohr-Innendurchmesser (d) eingebracht wird und in einem zweiten Schritt die die Schmalseiten des Schlitzes (3) begrenzenden Sammelrohrwände (11a, 11b) mittels eines Schlitzstempels (24) auf die endgültige Schlitzlänge (a) vergrößert und kalibriert werden. - Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Schritt ein Schlitz (3) in das Sammelrohr (2) eingebracht wird, dessen Schlitzlänge (e) zumindest um die doppelte Wandstärke (s) des Sammelrohrs (2) gegenüber dem Rohr-Innendurchmesser (d) vermindert ist. - Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzwände (8a, 8b) von dem Schlitzstempel (24) so weit radial nach außen versetzt werden, daß die vom Abstand der Schlitzwände (8a, 8b) bestimmte Schlitzlänge (a) größer ist als der Rohr-Innendurchmesser (d). - Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Schlitzstempel (24) eine in der Schlitzebene (4) liegende, radial am Innenmantel (14) des Sammelrohrs (2) umlaufende Nut (17) eingedrückt wird.
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