EP0775884B1 - Wärmetauscher und ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers - Google Patents

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EP0775884B1
EP0775884B1 EP96116846A EP96116846A EP0775884B1 EP 0775884 B1 EP0775884 B1 EP 0775884B1 EP 96116846 A EP96116846 A EP 96116846A EP 96116846 A EP96116846 A EP 96116846A EP 0775884 B1 EP0775884 B1 EP 0775884B1
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EP
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heat exchanger
tube
receiver tank
long
connecting surfaces
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EP0775884A2 (de
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Franco Ghiani
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Behr GmbH and Co KG
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    • F28F21/06—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material
    • F28F21/067—Details
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S165/00—Heat exchange
    • Y10S165/454—Heat exchange having side-by-side conduits structure or conduit section
    • Y10S165/471—Plural parallel conduits joined by manifold
    • Y10S165/488—Header is rounded in cross section, e.g. circular, oval

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger according to the preamble of claim 1, a A method of manufacturing a heat exchanger and an arrangement of a first Heat exchanger to a second.
  • JP -A- 63-169 497 discloses a heat exchanger in which the narrow sides of Pipe ends are arranged side by side and in these openings for fluid flow are provided.
  • the present invention is therefore based on the problem, a heat exchanger, and an arrangement of heat exchangers and a method for producing a Specify heat exchanger so that heat exchanger in a simple way and can be inexpensively manufactured in a small footprint.
  • the invention has the features of claim 1, the Claim 14 and of claim 18.
  • the tubes are widened at the tube ends such that on the one hand long connecting surfaces are formed for connecting the tube ends with adjacent tube ends and on the other hand short connecting surfaces are formed for connection to a collecting container placed in the end regions of the tubes.
  • the expansion of the pipe end is perpendicular to the longitudinal side of the tube, wherein perpendicular to the narrow side of the tube, a narrowing occurs. Due to the widening of the tube perpendicular to the longitudinal side of the tube, a direct contact of the long connecting surfaces of a pipe end with a connecting surface of an adjacent pipe end is made possible. The provision of a tube plate can therefore be omitted.
  • the collecting container can be connected to the tube block directly on the outside connecting surfaces, in particular on the short connecting surfaces, which extend while reducing the spatial extent of the tube perpendicular to the narrow side in the transverse direction of the tube.
  • a substantial reduction in the space requirement of the heat exchanger is achieved in its depth.
  • the narrowing on the narrow sides of the tube is dimensioned such that it is greater than or equal to the leg thickness of the collecting container. This ensures that the heat exchanger is not formed in its total depth greater than the tube block depth.
  • the tubes, the ribs and the collecting container made of a single-grade metal material, so that the heat exchanger is easily recyclable.
  • the tubes, the ribs and the aluminum alloy storage container to the largest possible To achieve weight reduction.
  • Fig. 1 shows a front view of a heat exchanger 10 with parallel tubes 11 which extend from a sump 12 to an opposite sump 13, which can be used in automotive technology for engine cooling.
  • Side parts 8 delimit the heat exchanger 10 in the vertical direction and are each end connected to the collecting containers 12 and 13.
  • the collecting container 12 has, in one end region, a supply nozzle 6 for feeding a medium to be cooled into the collecting container 12.
  • the medium to be cooled is distributed in the collecting container 12 and is passed via the tubes 11 to the second collecting container 13, from which it is led out via a discharge nozzle 7 from the collecting container 13.
  • the tubes 11 are formed as flat-oval or rectangular tubes in cross-section with opposite longitudinal sides 14 and narrow sides 15 arranged laterally. In one end region, the tube ends 16 are widened perpendicular to the longitudinal side 14.
  • the longitudinal sides 14 of the tube 11 extend over conical long transition surfaces 17 to long connecting surfaces 18 of the pipe end 16.
  • the narrow sides 15 of the tube 11 narrow in the direction of the pipe end 16 via a short transition surface 19, which is tapered in the direction of a central axis 20 of the Tube 11 extends to a short connection surface 22.
  • the tubes 11 are arranged in a row, wherein between the tubes 11 air-guiding corrugated fins 21 are arranged.
  • the tube end 16 is rectangular in cross section, in the form of parallel, opposite long connecting surface 18 and arranged at right angles thereto, opposite short connecting surface 22.
  • the expansion takes place such that the circumferential length of the pipe end 16th along the long and short connecting surfaces 18 and 22 equal to the peripheral surface of the tube 11 in the region of the longitudinal and narrow sides 14 and 15, so that the thickness of the long and short connecting surfaces 18 and 22 equal to the thickness of the longitudinal and narrow sides 14 and 15th is.
  • An increase in surface area of the tube 11 at the tube ends 16 does not take place.
  • the long connecting surfaces 18 abut against the long connecting surfaces 18 of adjacent pipe ends 16 and are connected thereto by soldering.
  • the inclination of the cone-shaped long transition surfaces 17 is determined by the width of the corrugated fins 21. The greater the depth of the Wellrippem 21, the greater must be the angle of the long transition surfaces 17 with respect to the central axis 20, so that the adjacent long connecting surfaces 18 may be adjacent.
  • a U-shaped collecting container 23 having a flat limb 24 and a curved limb 25 is placed on the tube ends 16.
  • the leg ends 26 and 27 abut against the short connection surfaces 22 and are soldered thereto.
  • the leg ends 26, 27 fitted in a form-fitting manner in provided grooves of the side part 8 and are connected to these simultaneously by soldering.
  • the short connecting surfaces 22 are arranged in the direction of the central axis 20 compared to the narrow sides 15, wherein the distance reduction to the central axis 20 is at least equal to or greater than the thickness of the leg ends 26, 27, the collecting container 23 is in the lateral direction of the tubes 11 not over.
  • the lateral extent of the sump 23 is thus equal to or less than the transverse extent of the tubes 11.
  • the collecting container 23 by extruding a Blocks made into a U-shaped profile. Furthermore can the collecting container 23 also by rolling and subsequent bending, be formed in particular by deep drawing. It is on it to ensure that by planting a suitable tool in lateral Direction, namely the short connecting surfaces 22 the same are arranged perpendicular to the long connecting surfaces 17, so that the edge between short connection surface 22 and long connection surface 17 has a small radius. This will be the education prevents a gap or gap, so that the leg ends 26, 27 of the collecting container 23 with the short connecting surfaces 22 of the tube block connected by sealing soldering are.
  • the collecting container may be formed as a cylindrical collecting container 29 according to a second embodiment according to FIGS. 5 and 7 .
  • This collecting container 29 is preferably produced by deep drawing.
  • Parallel collars 30 and 31 form a recess of the collecting container 29, in which the tube package is applied to the inner sides of the collars 30 and 31 while bearing the short connecting surfaces 22.
  • the end faces of the collecting container 29 are sealingly connected to a lateral surface 32 of the collecting container 29.
  • the collecting container 29 may have an axial recess in the region of an end face for abutment of a nozzle, not shown.
  • the collecting container 29 comprises with its end faces the voltage applied to the outer long connecting surface 18 side part 9 and is with this connected by soldering.
  • the corrugated fins 21 and the tubes 11th composite tube package and the collection container 12, 13, 23, 29 from a varietal metal material Preferably consist of the corrugated fins 21 and the tubes 11th composite tube package and the collection container 12, 13, 23, 29 from a varietal metal material.
  • the recyclability of the Heat exchanger 10 is facilitated.
  • an aluminum alloy is used for these components, a weight reduction of the heat exchanger 10, in particular when used in the automotive industry, allows.
  • Next to it is the Use of other recyclable materials possible. It can too Materials of copper or steel for the pipes and plastic for the collecting container are used, wherein the tubes or the tube package glued to the collection container.
  • the following is the method of manufacturing the heat exchanger 10 is shown. After the for connection to the pipes 11 provided collecting container 12, 13, 23 and 29 different shape have been accurately formed by deep-drawing or extrusion, is the tube block with the expanded pipe ends 16 in the space provided Recesses of the sump 23 and 29 used. After that At the same time the pipe ends 16 at the long connecting surfaces 18 with each other and the pipe ends 16 at the short connecting surfaces 19 connected to the sump 23 or 29.
  • These Connection is preferably by soldering, at least the previously sprayed with a flux have been. Preferably, this flux is non-corrosive. to However, other parts are also suitable for connecting the relevant parts Soldering methods included in this invention.
  • the heat exchanger 10 with a second, connect immediately adjacent heat exchanger 28.
  • This Heat exchanger 28 may, for example, a condenser of an air conditioner or a charge air cooler.
  • the heat exchanger 10 can either with a U-shaped collection container 23 or a cylindrical Be performed collecting tank 29.
  • the first heat exchanger 10 is connected to the second heat exchanger 28 via a connecting element 5.
  • the connecting element 5 is U-shaped, wherein a first leg 33 engages in a groove 34 of the heat exchanger 10 and a second leg 35 of the connecting element 5 fits into a groove 36 of the heat exchanger 28.
  • the connection of the legs 33 and 35 with the heat exchanger 10, and 28 is carried out by soldering, which can be carried out simultaneously with the soldering of the tube package within the heat exchanger 10.
  • the sump 23 of the heat exchanger 10 is integrally connected to a sump 37 of the heat exchanger 31 via a web 38. As a result, the mechanical stability of the arrangement consisting of the heat exchanger 10 and the heat exchanger 31 is increased.
  • the heat exchanger 10 is integrally connected to a U-shaped connecting element 39, the leg 40 of which comprises a protruding lug 41 of an adjacent heat exchanger 42.
  • the heat exchanger 42 has a further arcuate nose 43 which rests on an attachment piece 44 of the collecting container 23.
  • the lugs 41 and 43 of the heat exchanger 42 are connected to the leg 40 and the extension piece 44 of the heat exchanger 10 by soldering, wherein this soldering occurs simultaneously with the soldering to form the heat exchanger 10.
  • the extension piece 44 has a recess 45 which serves, after connection of the heat exchanger set formed by the heat exchanger 10 and the heat exchanger 42 in a leak test to locate a possible leak easier.
  • the heat exchangers 28 and 42 are made of an aluminum alloy, where at least the points to be connected with a nonkorrisiven flux are provided.
  • the combination of a first heat exchanger 10 with a heat exchanger 28 or 42 getting produced.
  • a U-shaped collecting container 47 is connected to the tube packet in each case in the lateral region via a likewise U-shaped extension piece 48.
  • the collecting container 47 may be formed as a die-cast material or plastic part.
  • the extension piece 48 is placed with a short leg 49 on the short connection surfaces 22 and connected thereto by soldering.
  • a long leg 50 of the extension piece 48 extends parallel to the narrow side 15 of the tube 11, wherein the distance between the outer contours of the long and short leg 49, 50 is less than or equal to the distance between the short connection surface 22 and an imaginary extension of the narrow side 15 ,
  • a continuous sealing ring 51 is inserted into the groove formed by the extension piece 48 and then the collection container 47 with its two legs 52, 53 pressed onto the sealing ring 51 and by crimping with the long legs 50 of Endpiece 48 firmly connected to the same.
  • the legs 52, 53 have leg ends 54 and 55, which are inserted in alignment with the groove of the extension piece 48 in this.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers und eine Anordnung von einem ersten Wärmetauscher zu einem zweiten.
Es ist bekannt, dass ein Wärmetauscher aus einem Rohrpaket von rechteckförmigen oder flachovalen Rohren besteht, wobei zwischen den Rohren Rippen angeordnet sind. An den gegenüberliegenden Rohrenden sind die Rohre in einem Rohrboden oder Rohrrahmen eingefaßt. Dieser Rohrboden weist in Längsrichtung jeweils randseitig einen ausladenden U-förmigen Kragen auf zur Aufnahme des haubenförmigen Sammelbehälters. Nachdem die Rohrenden mit dem Rohrboden verbunden worden sind, wird der Sammelbehälter mit seinen Schenkeln auf die U-förmigen Kragen des Rohrbodens aufgesetzt und mit diesem verbördelt. Nachteilig an dem bekannten Wärmetauscher ist, dass infolge der ausladenden Ausbildung des Rohrbodens der Wärmetauscher einen erhöhten Platzbedarf erfordert.
Aus der DE-OS 26 11 397 ist ein Wärmetauscher bekannt, bei dem die parallel verlaufenden Rohre im Bereich der Rohrenden jeweils mit Verbindungsflächen aneinanderliegen und verschweißt sind. Nachteilig an dem bekannten Wärmetauscher ist jedoch, daá die Rohrenden in einem Rahmen eingefaßt sind, der randseitig übersteht. Die Ausbildung des bekannten Wärmetauschers kann daher nicht zu einer Verringerung des Platzangebots desselben führen.
Die JP -A- 63-169 497 offenbart einen Wärmeübertrager, bei dem die Schmalseiten der Rohrenden nebeneinander angeordnet sind und in diesen Öffnungen zur Fluidströmung vorgesehen sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, einen Wärmetauscher, sowie eine Anordnung von Wärmetauschern und ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers anzugeben, so dass Wärmetauscher auf einfache Weise und kostengünstig bei geringem Platzbedarf hergestellt werden können.
Zur Lösung des Problems weist die Erfindung die Merkmale des Anspruchs 1, des Anspruchs 14 und des Anspruchs 18 auf.
Entsprechend der Erfindung werden die Rohre an den Rohrenden derart aufgeweitet, dass einerseits lange Verbindungsflächen gebildet werden zur Verbindung der Rohrenden mit benachbarten Rohrenden und andererseits kurze Verbindungsflächen gebildet werden zur Verbindung mit einem in den Endbereichen der Rohre aufgesetzten Sammelbehälter. Die Aufweitung des Rohrendes erfolgt senkrecht zur Längsseite des Rohres, wobei senkrecht zur Schmalseite des Rohres eine Verschmälerung eintritt. Durch die Verbreiterung des Rohres senkrecht zur Längsseite des Rohres wird eine unmittelbare Anlage der langen Verbindungsflächen eines Rohrendes mit einer Verbindungsfläche eines benachbarten Rohrendes ermöglicht. Das Vorsehen eines Rohrbodens kann daher entfallen. Weiterhin kann der Sammelbehälter mit dem Rohrblock unmittelbar an den außenseitigen Verbindungsflächen, insbesondere an den kurzen Verbindungsflächen, verbunden werden, die sich unter Verringerung der räumlichen Ausdehnung des Rohres senkrecht zur Schmalseite in Querrichtung des Rohres erstrecken. Hierdurch wird eine wesentliche Verringerung des Platzbedarfs des Wärmetauschers in seiner Tiefe erzielt. Daneben kann durch die unmittelbare Anlage des Sammelbehälters an die kurzen Verbindungsflächen ein Rohrrahmen entfallen, so dass Material gespart wird.
Nach einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird die Verschmälerung an den Schmalseiten des Rohres derart bemessen, dass sie größer oder gleich der Schenkeldicke des Sammelbehälters ist. Dadurch wird erreicht, dass der Wärmetauscher in seiner Gesamttiefe nicht grösser als die Rohrblocktiefe ausgebildet ist.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bestehen die Rohre, die Rippen und der Sammelbehälter aus einem sortenreinen Metallwerkstoff, so dass der Wärmetauscher auf einfache Weise recyclefähig ist. Vorteilhafterweise bestehen die Rohre, die Rippen und der Sammelbehälter aus einer Aluminium-Legierung, um eine größtmögliche Gewichtsreduzierung zu erzielen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Wärmetauschers wird insbesondere der Vorteil erzielt, dass die Zahl der Herstellungsschritte verringert werden kann. Nach Aufweitung der Rohrenden wird das aus Rohren und Rippen bestehende Rohrpaket zusammen mit dem aufgesetzten Sammelbehälter in einen Lötofen verbracht, in dem die zu verbindenden Teile gleichzeitig in einem Arbeitsschritt verlötet werden.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen angegeben.
Ausführungbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1
eine Vorderansicht eines Wärmetauschers nach der Erfindung;
Fig. 2
einen vergrößerten Teilausschnitt des Bereichs II in Fig. 1 in einer Seitenansicht einer Reihe von Rohren in einem Endbereich mit zwei Rohrenden in Schnittdarstellung;
Fig. 3
eine Draufsicht auf das Rohrende;
Fig. 4
einen Teilschnitt des Wärmetauschers längs der Linie IV-IV der Fig. 6 mit einem U-förmigen Sammelbehälter in einem Endbereich;
Fig. 5
einen Teilschnitt des Wärmetauschers längs der Linie V-V der Fig. 7 mit einem zylinderförmigen Sammelbehälter in einem Endbereich;
Fig. 6
einen Teilschnitt eines Wärmetauschers entlang der Linie VI-VI der Fig. 1 mit einem U-förmigen Sammelbehälter;
Fig. 7
einen Teilschnitt einer Draufsicht auf einen Wärmetauscher mit einem zylinderförmigen Sammelbehälter;
Fig. 8
einen Teilschnitt einer Draufsicht auf eine Anordnung zweier benachbarter Wärmetauscher nach einem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 9
einen Teilschnitt einer Draufsicht auf eine Anordnung zweier benachbarter Wärmetauscher nach einem zweiten Ausführungsbeispiel und
Fig. 10
einen Teilschnitt einer Draufsicht eines Wärmetauschers mit einem weiteren U-förmigen Sammelbehälter.
Fig. 1 zeigt eine Vorderansicht eines Wärmetauschers 10 mit parallel verlaufenden Rohren 11, die sich von einem Sammelbehälter 12 zu einem gegenüberliegenden Sammelbehälter 13 erstrecken, der in der Automobiltechnik zur Motorkühlung eingesetzt werden kann. Seitenteile 8 begrenzen den Wärmetauscher 10 in vertikaler Richtung und sind endseitig jeweils mit den Sammelbehältern 12 und 13 verbunden. Der Sammelbehälter 12 weist in einem Endbereich einen Zuführstutzen 6 zur Zuführung eines zu kühlenden Mediums in den Sammelbehälter 12 auf. Das zu kühlende Medium verteilt sich in dem Sammelbehälter 12 und wird über die Rohre 11 zu dem zweiten Sammelbehälter 13 geleitet, von dem es über einen Abführstutzen 7 aus dem Sammelbehälter 13 herausgeleitet wird.
Wie aus Fig. 2 und Fig. 3 ersichtlich, sind die Rohre 11 als flachovale, bzw. im Querschnitt rechteckförmige Rohre ausgebildet mit gegenüberliegenden Längsseiten 14 und seitlich angeordneten Schmalseiten 15. In einem Endbereich sind die Rohrenden 16 senkrecht zur Längsseite 14 aufgeweitet ausgebildet. Die Längsseiten 14 des Rohres 11 erstrecken sich über konusförmig verlaufende lange Übergangsflächen 17 zu langen Verbindungsflächen 18 des Rohrendes 16. Die Schmalseiten 15 des Rohres 11 verschmälern sich in Richtung des Rohrendes 16 über eine kurze Übergangsfläche 19, die sich konusförmig in Richtung einer Mittelachse 20 des Rohres 11 erstreckt, zu einer kurzen Verbindungsfläche 22. Die Rohre 11 sind in einer Reihe angeordnet, wobei zwischen den Rohren 11 luftführende Wellrippen 21 angeordnet sind. Während die Längsseiten 14 zu einer langen Verbindungsfläche 18 aufgeweitet werden, werden die Schmalseiten 15 zu einer kurzen Verbindungsfläche 22 verschmälert. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist das Rohrende 16 im Querschnitt rechteckförmig ausgebildet, und zwar in Form der parallel verlaufenden, gegenüberliegenden langen Verbindungsfläche 18 und der rechtwinklig dazu angeordneten, gegenüberliegenden kurzen Verbindungsfläche 22. Die Aufweitung erfolgt derart, daß die Umfangslänge des Rohrendes 16 entlang der langen und kurzen Verbindungsflächen 18 und 22 gleich der Umfangsfläche des Rohres 11 im Bereich der Längs- und Schmalseiten 14 und 15 ist, so daß die Dicke der langen und kurzen Verbindungsflächen 18 und 22 gleich der Dicke der Längs- und Schmalseiten 14 und 15 ist. Eine Oberflächenvergrößerung des Rohres 11 an den Rohrenden 16 erfolgt nicht.
Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, liegen die langen Verbindungsflächen 18 an den langen Verbindungsflächen 18 benachbarter Rohrenden 16 an und sind mit diesen durch Lötung verbunden. Die Neigung der konusförmigen langen Übergangsflächen 17 wird durch die Breite der Wellrippen 21 festgelegt. Je größer die Tiefe der Wellrippem 21 ist, desto größer muß der Winkel der langen Übergangsflächen 17 bezüglich der Mittelachse 20 sein, damit die benachbarten langen Verbindungsflächen 18 aneinander liegen können.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 und Fig. 6 wird auf die Rohrenden 16 ein U-förmiger Sammelbehälter 23 mit einem ebenen Schenkel 24 und einem gekrümmten Schenkel 25 aufgesetzt. Die Schenkelenden 26 und 27 liegen an den kurzen Verbindungsflächen 22 an und sind mit diesen verlötet. Endseitig sind die Schenkelenden 26, 27 formschlüssig in dafür vorgesehene Nuten des Seitenteils 8 eingepaßt und werden mit diesen gleichzeitig durch Lötung verbunden. Dadurch, daß die kurzen Verbindungsflächen 22 im Vergleich zu den Schmalseiten 15 in Richtung zur Mittelachse 20 angeordnet sind, wobei die Abstandsverringerung zur Mittelachse 20 mindestens gleich oder größer ist als die Dicke der Schenkelenden 26, 27, steht der Sammelbehälter 23 in seitlicher Richtung der Rohre 11 nicht über. Die seitliche Erstreckung der Sammelbehälter 23 ist somit gleich oder geringer als die Quererstreckung der Rohre 11. Damit wird eine erhebliche Reduzierung des Platzbedarfes des Wärmetauschers 10 gewährleistet, wobei der Platzbedarf lediglich durch die Tiefe des Rohres 11 (Abstand der Schmalseiten 15 zur gegenüberliegenden Schmalseite 15) festgelegt wird. An dem ebenen Schenkel 24 des Sammelbehälters 23 ist der Zuführstutzen 6 zur Zuführung eines zu kühlenden Mediums angebracht.
Vorteilhafterweise wird der Sammelbehälter 23 durch Extrudieren eines Blocks zu einem U-förmigen Profil hergestellt. Darüberhinaus kann der Sammelbehälter 23 auch durch Walzen und anschließendes Biegen, insbesondere durch Tiefziehen geformt werden. Dabei ist darauf zu achten, daß durch Anlage eines geeigneten Werkzeuges in seitlicher Richtung, nämlich an die kurzen Verbindungsflächen 22 dieselben senkrecht zu den langen Verbindungsflächen 17 angeordnet sind, so daß die Kante zwischen kurzer Verbindungsfläche 22 und langer Verbindungsfläche 17 einen kleinen Radius aufweist. Damit wird die Bildung eines Zwischenraumes oder Spaltes verhindert, so daß die Schenkelenden 26, 27 des Sammelbehälters 23 mit den kurzen Verbindungsflächen 22 des Rohrblocks durch dichtende Verlötung verbunden sind.
Alternativ kann der Sammelbehälter als zylinderförmiger Sammelbehälter 29 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 und Fig. 7 ausgebildet sein. Dieser Sammelbehälter 29 wird vorzugsweise durch Tiefziehen hergestellt. Parallele Kragen 30 und 31 bilden eine Ausnehmung des Sammelbehälters 29, in die das Rohrpaket unter Anlage der kurzen Verbindungsflächen 22 an die Innenseiten der Kragen 30 und 31 eingesetzt wird. Je nach Anwendungsfall sind die Stirnseiten des Sammelbehälters 29 dichtend mit einer Mantelfläche 32 des Sammelbehälters 29 verbunden. Für die Zu- bzw. Ableitung eines zu kühlenden Mediums kann der Sammelbehälter 29 im Bereich einer Stirnfläche eine axiale Ausnehmung aufweisen zur Anlage eines nicht dargestellten Stutzens Der Sammelbehälter 29 umfaßt mit seinen endseitigen Stirnflächen das an der äußeren langen Verbindungsfläche 18 anliegende Seitenteil 9 und ist mit diesen durch Lötung verbunden. Durch Umfassen des Rohrpaketes einerseits und des Seitenteils 9 andererseits wird auf einfache Weise ein paßgenauer Sitz des Rohrpaketes mit gegenüberliegenden Seitenteilen 9 erzielt, so daß danach die Verbindung dieser Bauteile miteinander in einem Arbeitsvorgang verwirklicht werden kann.
Vorzugsweise bestehen das aus den Wellrippen 21 und den Rohren 11 zusammengesetzte Rohrpaket und die Sammelbehälter 12, 13, 23, 29 aus einem sortenreinen Metallwerkstoff. Die Recyclefähigkeit des Wärmetauschers 10 wird dadurch erleichtert. Als bevorzugter Werkstoff wird für diese Bauteile eine Aluminium-Legierung verwendet, die eine Gewichtsreduzierung des Wärmetauschers 10, insbesondere beim Einsatz in dem Kraftfahrzeugbau, ermöglicht. Daneben ist die Verwendung anderer recyclefähiger Werkstoffe möglich. Es können auch Werkstoffe aus Kupfer oder Stahl für die Rohre und Kunststoff für den Sammelbehälter eingesetzt werden, wobei die Rohre bzw. das Rohrpaket mit dem Sammelbehälter verklebt werden.
Im folgenden wird das Verfahren zur Herstellung des Wärmetauschers 10 dargestellt. Nachdem die zur Verbindung mit den Rohren 11 vorgesehenen Sammelbehälter 12, 13, 23 und 29 unterschiedlicher Form durch Tiefziehen oder Extrudieren passgenau geformt worden sind, wird der Rohrblock mit den geweiteten Rohrenden 16 in die dafür vorgesehenen Ausnehmungen der Sammelbehälter 23 und 29 eingesetzt. Danach werden gleichzeitig die Rohrenden 16 an den langen Verbindungsflächen 18 miteinander und die Rohrenden 16 an den kurzen Verbindungsflächen 19 mit dem Sammelbehälter 23 oder 29 verbunden. Diese Verbindung erfolgt vorzugsweise durch Löten, wobei mindestens die betreffenden Verbindungsstellen vorher mit einem Flußmittel besprüht worden sind. Vorzugsweise ist dieses Flußmittel nonkorrosiv. Zur Verbindung der betreffenden Teile eignen sich jedoch auch andere Lötverfahren, die von dieser Erfindung miteingeschlossen sind.
Vorteilhafterweise läßt sich der Wärmetauscher 10 mit einem zweiten, sich unmittelbar anschließenden Wärmetauscher 28 verbinden. Dieser Wärmetauscher 28 kann beispielsweise ein Kondensator einer Klimaanlage oder ein Ladeluftkühler sein. Der Wärmetauscher 10 kann entweder mit einem U-förmigen Sammelbehälter 23 oder einem zylinderförmigen Sammelbehälter 29 ausgeführt sein.
Nach einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 ist der erste Wärmetauscher 10 mit dem zweiten Wärmetauscher 28 über ein Verbindungselement 5 verbunden. Das Verbindungselement 5 ist U-förmig ausgebildet, wobei ein erster Schenkel 33 in eine Nut 34 des Wärmetauschers 10 einfaßt und ein zweiter Schenkel 35 des Verbindungselementes 5 in eine Nut 36 des Wärmetauschers 28 einpaßt. Die Verbindung der Schenkel 33 und 35 mit dem Wärmetauscher 10, bzw. 28 erfolgt durch Lötung, die gleichzeitig mit der Verlötung des Rohrpaketes innerhalb des Wärmetauschers 10 vorgenommen werden kann. Vorzugsweise ist der Sammelbehälter 23 des Wärmetauschers 10 mit einem Sammelbehälter 37 des Wärmetauschers 31 über einen Steg 38 einstückig verbunden. Hierdurch wird die mechanische Stabilität der aus dem Wärmetauscher 10 und dem Wärmetauscher 31 bestehenden Anordnung erhöht.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 ist der Wärmetauscher 10 einstückig mit einem U-förmigen Verbindungselement 39 verbunden, dessen Schenkel 40 eine vorstehende Nase 41 eines benachbarten Wärmetauschers 42 umfaßt. Der Wärmetauscher 42 weist eine weitere bogenförmige Nase 43 auf, die auf einem Ansatzstück 44 des Sammelbehälters 23 aufliegt. Die Nasen 41 und 43 des Wärmetauschers 42 werden mit dem Schenkel 40 bzw. dem Ansatzstück 44 des Wärmetauschers 10 durch Lötung verbunden, wobei dieser Lötvorgang gleichzeitig mit dem Lötvorgang zur Bildung des Wärmetauschers 10 erfolgt. Vorzugsweise weist das Ansatzstück 44 eine Ausnehmung 45 auf, die dazu dient, nach Verbindung des aus dem Wärmetauscher 10 und dem Wärmetauscher 42 gebildeten Wärmetauschersatzes bei eine Undichtigkeitsprüfung eine mögliche undichte Stelle einfacher zu lokalisieren.
Vorzugsweise bestehen die Wärmetauscher 28 und 42 aus einer Aluminium-Legierung, wobei mindestens die zu verbindenden Stellen mit eine nonkorrisiven Flußmittel versehen sind. Somit kann auf einfache Weise in einem einzigen Arbeitsschritt jeweils die Kombination aus einem ersten Wärmetauscher 10 mit einem Wärmetauscher 28 oder 42 hergestellt werden.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers gemäß Fig. 10 ist ein U-förmiger Sammelbehälter 47 mit dem Rohrpaket jeweils im seitlichen Bereich über ein ebenfalls U-förmiges Ansatzstück 48 verbunden. Der Sammelbehälter 47 kann als Druckguß-Werkstoff oder Kunststoffteil ausgebildet sein. Im Bereich des Rohrendes 16 wird das Ansatzstück 48 mit einem kurzen Schenkel 49 auf die kurzen Verbindungsflächen 22 aufgesetzt und mit diesem durch Verlöten verbunden. Ein langer Schenkel 50 des Ansatzstückes 48 erstreckt sich parallel zu der Schmalseite 15 des Rohres 11, wobei der Abstand zwischen den Außenkonturen des langen und kurzen Schenkels 49, 50 kleiner oder gleich dem Abstand zwischen der kurzen Verbindungsfläche 22 und einer gedachten Verlängerung der Schmalseite 15 ist. Zur Verbindung des Sammelbehälters 47 mit dem Ansatzstück 48 wird ein durchgehender Dichtring 51 in die durch das Ansatzstück 48 gebildete Nut eingesetzt und daran anschließend der Sammelbehälter 47 mit seinen beiden Schenkeln 52, 53 auf den Dichtring 51 gedrückt und durch Verbördelung mit den langen Schenkeln 50 des Ansatzstückes 48 fest mit demselben verbunden. Die Schenkel 52, 53 weisen Schenkelenden 54 und 55 auf, die fluchtend mit der Nut des Ansatzstückes 48 in diese eingesetzt werden. Dabei liegt eine innere Seite der Schenkelenden 54, 55 an dem kurzen Schenkel 49 des Ansatzstückes 48 und eine äußere Seite der Schenkelenden 54, 55 an dem langen Schenkel 50 des Ansatzstückes 48 an. Die ebene Bodenseite der Schenkelenden 54, 55 werden auf den Dichtring 51 gedrückt und in der Nut durch anschließende Verbördelung gehalten, so daß eine sichere Dichtigkeit des Sammelbehälters 47 gewährleistet ist. Die Verbördelung des Sammelbehälters 47 wird durch ein an der Außenseite der langen Schenkel 50 des Ansatzstückes 48 angreifendes Werkzeug bewirkt, wobei stellenweise der lange Schenkel 50 unter Bildung einer Bördelkante 56 nach innen eingedrückt wird. Nach diesem Ausführungsbeispiel wird auf einfache Weise ein platzsparender Wärmetauscher verwirklicht, wobei ein Sammelbehälter 47 mit seinen Enden 54, 55 in eine Nut eines mit dem Rohrpaket verbundenen Ansatzstückes 48 eingreift.

Claims (20)

  1. Wärmetauscher, insbesondere Wasser/Luft-Kühler, mit mehreren parallel verlaufenden, im Querschnitt rechteckförmigen oder flachovalen Rohren (11) mit einer Längsseite (14) und einer Schmalseite (15), die sich in Längsrichtung von einem ersten Sammelbehälter (12) zu einem zweiten Sammelbehälter (13) erstrecken und mit an den Rohren (11) anliegenden Rippen (Wellrippen 21), wobei die Rohre (11) jeweils an den Rohrenden (16) in Richtung senkrecht zu der Längsseite (14) derart aufgeweitet sind, dass mindestens eine erste Seite des Rohrendes (16) eine erste Verbindungsfläche (17) bildet und mindestens eine zweite Seite des Rohrendes (16) eine zweite Verbindungsfläche (22) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verbindungsfläche eine lange Verbindungsfläche ist und die zweite Verbindungsfläche eine kurze Verbindungsfläche ist, die erste Verbindungsfläche mit einem benachbarten Rohrende anliegt und mit diesem verbunden ist und dass die zweite Verbindungsfläche mit dem Sammelbehälter anliegt und mit diesem verbunden ist, wobei die Aufweitung der Rohrenden derart erfolgt, dass die Umfangslänge des Rohrendes (16) entlang der langen und kurzen Verbindungsflächen (18 und 22) gleich der Umfangslänge des Rohres (11) im Bereich der Längs- und Schmalseiten (14 und 15) ist, so dass die Wandstärke der Seiten der langen und kurzen Verbindungsflächen (18 und 22) gleich der Wandstärke der Längs- und Schmalseiten (14 und 15) ist.
  2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrenden (16) im Querschnitt rechtwinklig ausgebildet sind, wobei die parallelen langen Verbindungsflächen (18) mit den angrenzenden langen Verbindungsflächen (18) des benachbarten Rohrendes (16) unmittelbar verbunden sind und wobei die parallelen kurzen Verbindungsflächen (22) jeweils mit einem Schenkel (24, 25) des Sammelbehälters (12, 13, 23, 29) unmittelbar verbunden sind.
  3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (11) jeweils an den Rohrenden (16) in Richtung senkrecht zu der Schmalseite (15) verschmälert sind, so dass der Abstand zwischen den gegenüberliegenden kurzen Verbindungsflächen (22) des Rohrendes (16) kleiner ist als der Abstand der gegenüberliegenden Schmalseiten (15) des Rohres (11).
  4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (11) jeweils an den Rohrenden (16) in Richtung senkrecht zu der Schmalseite (15) derart verschmälert sind, dass der Abstand zwischen den Außenkonturen der auf den kurzen Verbindungsflächen (22) aufliegenden Schenkelenden (26, 27) gleich oder kleiner ist als der Abstand zwischen den Schmalseiten (15) des Rohres (11).
  5. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrende (16) einen konusförmigen Übergangsbereich aufweist, wobei sich eine lange Übergangsfläche (17) von der Längsseite (14) des Rohres (11) konusförmig nach außen zu der langen Verbindungsfläche (18) des Rohrendes (16) erstreckt und sich eine kurze Übergangsfläche (19) von der Schmalseite (15) konusförmig nach innen in Richtung der Längsmittelachse (Mittelachse 20) zu der kurzen Verbindungsfläche (22) des Rohrendes (16) erstreckt.
  6. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrenden (16) an den langen Verbindungsflächen (18) derart miteinander verbunden sind, daß die kurzen Verbindungsflächen (22) bündig mit den benachbarten kurzen Verbindungsflächen (22) abschließen.
  7. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die langen Verbindungsflächen (18) mit den langen Verbindungsflächen (18) des benachbarten Rohrendes (16) durch Löten verbunden sind.
  8. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die kurzen Verbindungsflächen (22) mit den Schenkelenden (26, 27) oder den Kragen (30, 31) des Sammelbehälters (12, 13, 23) bzw. des Sammelbehälters (29) durch Löten verbunden sind.
  9. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (11), die Rippen (Wellrippen 21) und die Sammelbehälter (12, 13, 23, 29) aus einem sortenreinen Metallwerkstoff bestehen.
  10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (11), die Rippen (Wellrippen 21) und die Sammelbehälter (12, 13, 17, 29) aus einer Aluminium-Legierung bestehen.
  11. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelbehälter (29) zylinderförmig mit gegenüberliegenden Stirnflächen und einer Mantelfläche (32) ausgebildet ist, wobei die Mantelfläche (32) zwei gegenüberliegende, parallele Kragen (30, 31) aufweist zur Anlage und Verbindung mit den kurzen Verbindungsflächen (22) des Rohrendes (16).
  12. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelbehälter (23) als U-Profil mit einem ebenen Schenkel (24) und einem bogenförmigen Schenkel (25) ausgebildet ist, wobei die Schenkel (24, 25) in einem Endbereich parallele Schenkelenden (26, 27) aufweisen zur Anlage und Verbindung mit den kurzen Verbindungsflächen (22) der Rohrenden (16).
  13. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrenden (16) quer zu der Längsrichtung der Rohre (11) aufgeweitet werden, derart, dass die Rohrenden (16) im Querschnitt rechteckförmig ausgebildet sind, dass der vorgeformte Sammelbehälter (12, 13, 23, 29) auf das aus den parallelen Rohren (11) und den an den Rohren (11) anliegenden Rippen (Wellrippen 21) gebildete Rohrpaket unter Anlage der Schenkelenden (26, 27) auf die kurzen Verbindungsflächen (23) aufgesetzt und dann die langen Verbindungsflächen (18) der benachbarten Rohrenden (16) und die kurzen Verbindungsflächen (22) mit den Schenkelenden (26, 27) oder den Kragen (30, 31) des Sammelbehälters (12, 13, 23) bzw. des Sammelbehälters (29) gleichzeitig verlötet werden, wobei eine Verbindungsfläche eine lange Verbindungsfläche ist und eine Verbindungsfläche eine kurze Verbindungsfläche ist, wobei die Aufweitung der Rohrenden derart erfolgt, dass die Umfangslänge des Rohrendes (16) entlang der langen und kurzen Verbindungsflächen (18 und 22) gleich der Umfangslänge des Rohres (11) im Bereich der Längs- und Schmalseiten (14 und 15) ist, so dass die Wandstärke der Seiten der langen und kurzen Verbindungsflächen (18 und 22) gleich der Wandstärke der Längs- und Schmalseiten (14 und 15) ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die zu verbindenden Teile (lange Verbindungsfläche 18, kurze Verbindungssfläche 22; Schenkelenden 26, 27; Kragen 30, 31) mit einem nonkorrosiven Flußmittel versehen werden, so dass sie ausschließlich durch Wärmezufuhr miteinander verlötet werden.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Blechzuschnitt zu einem zylinderförmigen Sammelbehälter (29) durch Tiefziehen geformt wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein metallischer Werkstoff zu einem U-förmigen Profil als U-förmiger Sammelbehälter (23) extrudiert wird.
  17. Anordnung eines ersten Wärmetauschers nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zu einem zweiten Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Wärmetauscher (10) mit einem zweiten Wärmetauscher (28, 42) verbunden ist, wobei sich ein Verbindungselement ( 5, 39) von dem Sammelbehälter (23) des ersten Wärmetauschers (10) zu einem benachbarten Sammelbehälter (37) des zweiten Wärmetauschers (28, 42) erstreckt.
  18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (5) U-förmig ausgebildet ist und mit einem Schenkel (33) in einer langestreckten Nut (34) des ersten Sammelbehälters (23) und mit einem zweiten Schenkel (35) in einer langestreckten Nut (36) des zweiten Sammelbehälters (37) eingreift.
  19. Anordnung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sammelbehälter (23) über einen Steg (38) einstückig mit dem zweiten Sammelbehälter (37) verbunden ist.
  20. Anordnung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daá der erste Sammelbehälter (23) einstückig mit einem Verbindungselement (39) verbunden ist, und dass das Verbindungselement (39) mit einem bogenförmigen Schenkel (40) auf einer hervorstehenden Nase (41) des zweiten Sammelbehälters aufliegt und mit diesem durch Verlötung verbunden ist.
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