EP1769212B1

EP1769212B1 - Wärmeübertrager, insbesondere für kraftfahrzeuge

Info

Publication number: EP1769212B1
Application number: EP05771019.6A
Authority: EP
Inventors: Albrecht Dorn; Wolfgang Kramer
Original assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2004-07-12
Filing date: 2005-07-12
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2025-07-12
Also published as: WO2006005594A1; EP1769212A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.Solch ein Wärmeübertrager ist z.B aus JP 2003161589 bekannt. Wärmeübertrager, insbesondere solche für Kraftfahrzeuge, z. B. Kühlmittelkühler, Ladeluftkühler oder Heizkörper sind in verschiedenen Bauweisen bekannt, welche jeweils für bestimmte Perioden vorherrschend waren. Beispielsweise werden Kraftfahrzeugwärmeübertrager heute vorwiegend aus Aluminium hergestellt, während man in den 50-er und 60-er Jahren Buntmetallrippenrohr-Kühlsysteme verwendete, wobei Messingrohre mit dünnen Kupferrippen zu einem Block gefügt und weich gelötet wurden. Bei diesem System sind die Rohre als Flach- oder Ovalrohre und die Rippen als flache, ebene Bleche mit Durchzügen ausgebildet, welche auf die Rohre "aufgefädelt" werden. Ein solches Flachrohrsystem mit ebenen Rippen ist beispielsweise in der Veröffentlichung "Heat Transfer and Pressure Drop Characteristics of Flat Tube und Louvered Plate Fin Surfaces" von A. Achaichia und T. A. Cowell, in "Experimental Thermal and Fluid Science 1988, Seite 147 bis 157 beschrieben. Ein solches System hat aufgrund des aerodynamisch günstigen Rohrquerschnittes einen relativ geringen luftseitigen Druckabfall; nachteilig ist jedoch das hohe Gewicht.
In den 70-er Jahren hat Aluminium als Werkstoff das Buntmetall weitestgehend verdrängt, wobei zwei unterschiedliche Bauweisen für Kraftfahrzeugwärmeübertrager vorherrschten, nämlich die mechanisch gefügten und die gelöteten Systeme. Mechanisch gefügt heißt, dass die einzelnen Teile des Wärmeübertragers wie Rohre, Rippen, Rohrböden und Sammel- oder Wasserkästen nicht stoffschlüssig, sondern mit mechanischen Mitteln gefügt wurden. Dies reduziert die Fertigungskosten, wobei durch Verwendung von Kunststoffwasserkästen weitere Einsparungen erzielt wurden. Wie durch die DE-B 28 52 408 sowie die DE-B 28 52 415 der Anmelderin bekannt, werden die Kunststoffkästen mittels einer Bördelverbindung und einer Gummidichtung mit einem Rohrboden verbunden, welcher die Rohre aufnimmt. Bei mechanisch gefügten Systemen weisen die Rohre häufig einen kreisrunden Querschnitt, teilweise auch einen ovalen oder elliptischen bzw. flachovalen Querschnitt auf. Die Rohre werden mechanisch gegenüber den Rippen und den Rohrböden aufgeweitet, so dass eine hinreichende Pressung erzielt wird, welche bei der Rohr/Bodenverbindung die erforderliche Dichtheit und bei der Rohr/Rippenverbindung den erforderlichen thermischen Kontakt herstellt. Das Aufweiten erfolgt teilweise durch einen olivenförmigen Dorn, welcher eine plastische Verformung des Rohres gegenüber den Rippen- oder Bodendurchzügen bewirkt, welche nach der Aufweitung elastisch am Außenumfang des Rohres anliegen. Ein derartiges Aufweiten ist bei Rohren mit kreisförmigen Querschnitt, so genannten Rundrohren relativ einfach möglich, weil sich über den Umfang eine gleichmäßige Spannungsverteilung ergibt. Problematisch ist die Aufweitung von Ovalrohren, insbesondere flachovalen Rohren mit einem elliptischen Querschnitt und einem Verhältnis der Halbachsen über 3 : 1 bzw. 5 : 1. Bei Rippendurchzügen und bei Bodendurchzügen besteht somit die Gefahr einer über den Umfang ungleichmäßigen Anpressung, was einerseits bei Rippen die Wärmeleitung bzw. den Wärmeübergang und bei Bodendurchzügen die Dichtigkeit beeinträchtigt. Rundrohre dagegen haben einen höheren Luftwiderstand zur Folge. Rippendurchzüge für Rundrohre wurden durch die DE-A 37 28 969 der Anmelderin bekannt, wobei der Rand des Durchzuges am Umfang verteilte Zungen zur Abstandshalterung gegenüber benachbarten Rippen aufweist. Ein Rippendurchzug für ein mechanisch gefügtes Ovalrohrsystem wurde durch die DE-C 34 23 746 bekannt, wobei an den Rändern der Durchzüge ebenfalls abgewinkelte Flächen zur Abstandshalterung vorgesehen sind. Ein flachovaler Rippendurchzug, d. h. für ein elliptisches Rohr mit einem Achsenverhältnis von größer als 3 : 1 wurde durch die DE-A 44 04 837 der Anmelderin bekannt, wobei zur Abstandshalterung ausgeformte Nasen an den Wänden der Durchzüge vorgesehen sind. Das Aufweiten von flachovalen Rohren für ein mechanisch gefügtes System wird in der DE-C 43 32 768 der Anmelderin beschrieben, wobei die Aufweitelemente durch die Ovalrohre gezogen werden.
Zusammenfassend lässt sich zu den mechanisch gefügten Systemen sagen, dass sie in der Herstellung günstig, in der Leistung weniger günstig sind. Hinzu kommt als Nachteil eine relativ große Rohrwandstärke, welche - bedingt durch den Aufweitprozess - bei Aluminiumrohren meistens über 0,35 mm liegt, während für die flache Aluminiumrippe 0,07 mm in der Regel nicht unterschritten werden können. Der Rippendurchzug muss nach der Aufweitung des Rohres seine elastische Umfangsspannung aufrechterhalten, insofern kann die Rippendicke nicht beliebig minimiert werden. Flachrohre mit minimalem Luftwiderstand sind als mechanisch gefügte Systeme nicht darstellbar, weil an den geraden flachen Seiten keine Anpressung erzeugt werden kann.
Höhere Leistungen bei geringerem Druckabfall werden mit gelöteten Flachrohrsystemen und Wellrippen erzielt, wie sie durch folgende Druckschriften bekannt wurden: US-A 4,693,307 , US-A 3,250,325 oder die US-A 5,271,458 . Die Flachrohre werden aus lotplattiertem Blech hergestellt und geschweißt, und zwischen den Flachrohren werden Wellrippen aus Aluminiumblech angeordnet, welche mit ihren Wellenkämmen an den flachen Seiten der Flachrohre verlöten und dadurch einen hervorragenden Wärmedurchgang erzielen. Die Herstellung der Blöcke erfolgt durch so genanntes Kassettieren, d. h. das Nebeneinander-Anordnen von Flachrohren und Wellrippen; danach wird der kassettierte Block quer zur Längsrichtung der Flachrohre zusammengedrückt, und Rohrböden, versehen mit Durchzügen für die Flachrohrenden, werden aufgesteckt. Anschließend wird der Block unter Beibehaltung der Rippenspannung in einem Lötofen hartgelötet (alle Teile bestehen aus Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen). Die Vorspannung von Wellrippen und Flachrohren während des Lötprozesses ist zur Erzielung einer einwandfreien Lötung notwendig. Durch das Löten ergibt sich ein fester, in sich steifer Block, wobei die Wellrippen im Verbund mit äußeren Seitenteilen eine Abstützung der Flachrohre bewirken, so dass sich diese unter dem Einfluss eines erhöhten Innendruckes nicht aufbauchen können. Verglichen mit den oben erwähnten mechanisch gefügten Systemen erzielen die gelöteten Systeme eine höhere Leistung (geringer luftseitiger Druckabfall und sehr gute Wärmeleitung zwischen Rohr und Rippen), allerdings bei höheren Herstellkosten. Dabei sind auch Grenzen hinsichtlich der Materialdicken gesetzt, wobei eine Rippendicke von ca. 0,05 mm bis ca. 0,07 mm wegen der Pressung der Wellrippen für den Lötprozess nicht unterschritten werden darf - die Rippendicke ist vom Abstand benachbarter Rohre wegen Sicherheit gegen Knicken abhängig. Umständlich und aufwändig bei der Fertigung ist auch der Kassettierprozess, weil Wellrippen und Flachrohre sich nicht ohne Hilfsmittel (Vorrichtungen) fügen lassen.
Durch die DE-C 40 15 830 der Anmelderin wurde ein weiteres gelötetes Flachrohrsystem mit Wellrippen für einen Kühlmittelkühler eines Kraftfahrzeuges bekannt, bei dem Flachrohre mit einer großen Tiefe (in Luftströmungsrichtung) Verwendung finden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art bei mindestens gleicher Leistung die Herstellkosten zu senken.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß sind für einen gelöteten Block Flachrohre und ebene Rippen mit Öffnungen vorgesehen, welche von den Flachrohren durchsetzt werden, wobei unter dem Begriff "Flachrohre" sowohl in der Beschreibung als auch in den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung auch leicht ovalisierte (bombierte) Flachrohre zu verstehen sind, d. h. solche mit leicht gewölbten Längsseiten. Die plattenförmigen Rippen werden somit auf die Flachrohre aufgefädelt und mit diesen verlötet, wozu an den Öffnungen der Rippen Kontaktflächen vorgesehen sind, durch welche die stoffschlüssige Verbindung nach dem Verlöten und damit ein hervorragender Wärmedurchgang zwischen Rippen und Flachrohren hergestellt wird. Vorzugsweise bestehen Rippen und Rohre aus Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen, welche durch einen Hartlötprozess zu einem festen Block miteinander verbunden werden. Durch diese Kombination von Flachrohren und ebenen Rippen wird einerseits ein minimaler luftseitiger Druckabfall erreicht und eine hohe Wärmeübertragerleistung. Gleichzeitig werden die Herstellkosten gegenüber dem herkömmlichen Flachrohr/Wellrippensystem durch einen vereinfachten Kassettierprozess, nämlich durch "Auffädeln" der Rippen auf die Flachrohre reduziert. Da die Rippen für den Lötprozess nicht mehr die Funktion des Anpressens für eine Sicherstellung des Rippenrohrkontaktes erfüllen müssen, kann deren Dicke verringert werden. Darüber hinaus ergibt sich systembedingt der Vorteil, dass die Rohre in Luftströmungsrichtung versetzt zueinander, d. h. auf Lücke angeordnet werden können. Damit kann die Leistung gesteigert werden. Die Flachrohre können eine beliebige Tiefe (in Luftströmungsrichtung) im Verhältnis zu ihrer Breite (quer zur Luftströmungsrichtung) aufweisen und können auch als gefalzte Mehrkammerrohre, Sickenrohre oder Stegrohre ausgebildet sein. Da der Rohrquerschnitt im Bereich der Rippen jeweils vollständig von einer Rippe umschlossen ist, wird eine Aufblähung infolge Innendrucks verhindert. Ferner ergibt sich als Vorteil, dass die Rohre mit erheblich geringerer Wandstärke hergestellt werden können, da ein Aufweiten entfällt.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Rohre und/oder die Rippen mit einer Lotplattierung versehen, welche auf das Halbzeugmaterial aufgewalzt wird. Gebräuchlich sind Aluminium-Siliziumlegierungen für eine Lotplattierung. Vorteilhafterweise kann der Rippenrohrblock im Vakuum, in Inertgasatmosphäre oder nach dem so genannten Nocolok®-Verfahren, bekannt durch die DE-A 26 14 872 , gelötet werden.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können die Rohrenden der Flachrohre mit Rohrböden verbunden werden, vorzugsweise ebenfalls durch Löten. Damit ergibt sich ein fester Block, auf welchen beiderseits Sammelkästen, z. B. aus Kunststoff aufgesetzt und mechanisch verbunden werden. Ebenso sind Aluminiumkästen möglich, so dass sich ein sortenreiner Ganzmetallkühler ergibt. Andererseits können die Rohrböden auch mechanisch mit den Rohrenden mittels einer Gummidichtung verbunden werden, dies bringt den Vorteil einer verbesserten Thermowechselfestigkeit. Erfindungsgemäß sind die Kontaktflächen der Rippen, welche das Rohr umschließen, als an sich bekannte Durchzüge ausgebildet, wobei die Durchzüge eine leichte Konizität aufweisen. Dadurch können die Rohre einfacher eingeführt bzw. die Rippen leichter aufgefädelt werden, und andererseits ergibt sich eine federnde Anlage des Rippendurchzuges am Rohr, d. h. mit einer gewissen Vorspannung. Nach dem Auffädeln der Rippen auf die Rohre erhält man einen in sich fixierten Rippenrohrblock, der ohne weitere Vorrichtungen, z. B. Spannmittel gelötet werden kann.
Erfindungsgemäß können die Kontaktflächen auch als Laschen, d. h. schräg aufgestellte Lappen ausgebildet sein, welche sich gegen die flachen Längsseiten und/oder die Schmalseiten der Rohre anlegen und damit eine Vorspannung zum Festhalten der Flachrohre erzeugen. Die Kontaktflächen sind jedoch so gestaltet, dass sich nach dem Löten ein geschlossener Verbund zwischen Rippe und Flachrohr ergibt, so dass die flachen Seiten des Flachrohres durch die Rippen abgestützt sind. Durch die Schrägstellung der Laschen bzw. der Konizität der Durchzüge ergibt sich ein Lotspalt, welcher sich während des Lötens mit Lot füllt und nach dem Löten eine Lotnaht bildet, die das Rohr wie ein Ring umschließt und damit die erforderliche Versteifung bewirkt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können die Durchzüge oder Laschen an ihren Rändern abgewinkelte Flächen oder Lappen aufweisen, die als Abstandshalter dienen - oder ausgeprägte Nasen, welche als Anschlag für eine benachbarte Rippe dienen. Damit entfallen beim Auffädeln der Rippen zusätzliche Abstandshalter.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Rippen bekiemt, d. h. sie weisen zwischen den Flachrohren Kiemen oder Kiemenfelder auf, welche - wie an sich bekannt - der Verbesserung des Wärmeüberganges dienen. Zusätzlich können auch so genannte Turbulenzerzeuger in den Rippen vorgesehen sein.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Wandstärken der Rohre und/oder der Rippen auf ein Mindestmaß minimiert. Die Wandstärke der Flachrohre kann damit kleiner als 0,3 mm, vorzugsweise kleiner als 0,2 mm gewählt werden, da ein Aufweiten der Rohre nicht mehr erfolgt und andererseits eine Abstützung der Flachrohre durch das Rippenpaket und die Verlötung gegeben ist. Die Materialdicke der Rippen kann unter 0,07 mm und vorzugsweise unter 0,05 mm abgesenkt werden, da eine Pressung wie bei Wellrippen bei der Erfindung nicht vorgesehen ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Abstand der Achsen der Flachrohre bzw. leicht ovalisierten Rohre mindestens viermal so groß wie die lichte Weite, d.h. der kleinere Innendurchmesser, eines Rohres. Hierdurch können das Gewicht und die Materialkosten des Wärmeübertragers gesenkt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Abstand der Achsen der Flachrohre bzw. leicht ovalisierten Rohre höchstens zwanzigmal, besonders bevorzugt höchstens zehnmal so groß wie die lichte Weite eines Rohres. Hierdurch kann ein Druckverlust des Wärmeübertragers gesenkt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung liegt ein Verhältnis der Rippendichte (in Rippen pro Dezimeter) zur Rippenausdehnung in Hauptströmungsrichtung des zweiten Mediums (in Millimetern) im Bereich von 2,5 bis 8, besonders vorteilhaft im Bereich von 3 bis 6. Hierdurch können unter Umständen das Gewicht und die Materialkosten des Wärmeübertragers gesenkt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: einen Ausschnitt eines Rippenrohrblockes in einer Draufsicht,
Fig. 2: den Rippenrohrblock gemäß Fig. 1 in einer Ansicht von vorn,
Fig. 3: eine Rohr/Rippen-Verbindung als Einzelheit (vor dem Löten),
Fig. 4: eine Lötverbindung zwischen Rippe und Rohr und
Fig. 5: die Lötverbindung zwischen Rippe und Rohr als Einzelheit.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt eines Rippenrohrblockes 1 in einer Draufsicht, d. h. mit Blick auf eine im Wesentlichen eben bzw. flach ausgebildete, in der Zeichenebene angeordnete Rippe 2, welche rechteckförmig ausgebildet ist und eine Vorder- oder Anströmkante 2a und eine Hinter- oder Abströmkante 2b aufweist; die Luftströmungsrichtung ist durch Pfeile L angegeben, kann jedoch ebenso in der umgekehrten Richtung erfolgen, was durch einen gestrichelten Pfeil L angegeben ist. Die Rippe 2 wird von einer Reihe von Flachrohren 3 durchsetzt, welche in Luftströmungsrichtung eine Tiefe T_ro und quer zur Luftströmungsrichtung eine Breite B aufweisen. Die Tiefe der Rippe T_ri ist größer als die Tiefe des Rohres, d. h. das Flachrohr 3 wird anström- und abströmseitig von der Rippe 2 umschlossen.
Zwischen den Flachrohren 3 sind in der Rippe 2 Kiemen 4 angeordnet, welche ein Kiemenfeld bilden. Zusätzlich sind zur Verbesserung des luftseitigen Wärmeüberganges Turbulenzerzeuger 5 in die Rippe 2 eingeschnitten - diese haben gleichzeitig die Funktion von Abstandshaltern. Der dargestellte Ausschnitt des Rippenrohrblockes 1 stellt somit ein einreihiges Flachrohrsystem dar. Die Erfindung ist jedoch nicht auf einreihige Systeme beschränkt, sondern erstreckt sich ebenso auf mehrreihige Systeme, bei welchen die Flachrohre in Luftströmungsrichtung entweder fluchtend oder versetzt, d. h. auf Lücke angeordnet sein können. Denkbar sind auch so genannte Monoblock-Konfigurationen, bei welchen zwei oder mehrere unterschiedliche Wärmeübertrager zu einem Block zusammengefasst sind, wie z. B. in der DE-A 195 43 986 der Anmelderin beschrieben. Dabei können die Flachrohrquerschnitte der einzelnen Wärmeübertrager, z. B. eines Kühlmittelkühlers und eines Kältemittelkondensators unterschiedliche Querschnitte aufweisen.
Fig. 2 zeigt den Rippenrohrblock 1 in einer Ansicht von vorn, d. h. in Luftströmungsrichtung gesehen (der Maßstab in Fig. 2 entspricht nicht dem Maßstab in Fig. 1). Die durchgehenden Rippen 2 sind parallel zueinander angeordnet und bilden ein Rippenpaket 2', welches von den Flachrohren 3 durchsetzt wird. Zwischen den Flachrohren 3 befinden sich die von der Luft über- bzw. durchströmbaren Kiemenfelder 4.
Fig. 3 zeigt eine Einzelheit des Rippenrohrblockes 1, nämlich die Verbindung von Rippe 2 und Flachrohr 3, welches eine Längsachse 3' aufweist und mit seiner Breite B dargestellt ist. Die Rippen 2 sind - wie erwähnt - im Wesentlichen flach und eben bzw. plattenförmig ausgebildet und erstrecken sich senkrecht zur Rohrlängsachse 3'. Die Rippen 2 weisen so genannte Durchzüge oder Kragen 6 auf, welche aus dem Material der Rippen 2 mittels bekannter Verfahren ausgeformt sind, z. B. durch Schlitzen, Reißen, Lochstanzen und/oder Prägen - wie im eingangs erwähnten Stand der Technik teilweise beschrieben.
Die Kragen 6 umschließen das Rohr 3 vorzugsweise über den gesamten Umfang und stellen einen mechanischen Kontakt zwischen Rippe 2 und Rohr 3 her. Die Durchzüge 6 sind vorzugsweise konisch ausgebildet, d. h. sie weisen einen spitzen Winkel α gegenüber der Außenwand des Flachrohres 3 auf. Eine solche Schräge begünstigt einerseits das Einfädeln der Rohre 3 bzw. das Auffädeln der Rippen 2 auf die Rohre 3 und andererseits eine elastische Anlage der Kragen 6 an den Rohren 3. Zur Abstandshalterung von Rippe 2 zu Rippe 2 können die Kragen optional auch ausgeformte Nasen 7 (gestrichelt dargestellt) aufweisen, wie aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt. Beim Auffädeln der Rippen 2 auf die Flachrohre 3 wird somit ein konstanter Abstand zwischen den Rippen 2 eingehalten und eine Parallelität der Rippen 2 gewährleistet. Die Höhe der Kragen 6 muss nicht über den gesamten Umfang konstant sein - teilweise ist dies in Abhängigkeit von der Geometrie des Flachrohrquerschnittes aus stanztechnischen Gründen nicht möglich, beispielsweise, wenn der Rippenabstand a größer als die halbe Flachrohrbreite (B/2) sein soll. Für die Montage des Blockes 1 ist von Bedeutung, dass zwischen den Rippendurchzügen 6 und den Flachrohren 3 ein gewisser Kraftschluss besteht, so dass der Rippenrohrblock 1 ein in sich festes transportfähiges Gebilde darstellt.
Fig. 4 und Fig. 5 zeigen die Lötverbindung zwischen Rippe 2 und Flachrohr 3. Rippen 2 und Rohre 3 sind aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung hergestellt und - was nicht dargestellt ist - mit einer Lotplattierung, vorzugsweise aus einer Aluminium-Siliziumlegierung versehen. Die Plattierung wird auf die Halbzeugbleche, welche als Ausgangsmaterial für die Rippen- und/oder Rohrherstellung dienen, als dünne Schicht aufgewalzt. Nach der Montage des Rippenrohrblockes 1 (vgl. Fig. 3) wird dieser - im Wesentlichen ohne weitere Hilfsmittel wie Spannvorrichtungen oder dergleichen - in einen nicht dargestellten Lötofen verbracht und hartgelötet, d. h. unmittelbar unterhalb der Schmelztemperatur des Grundwerkstoffes von Rippe und Rohr. Das Lot fließt während des Lötprozesses in die konischen Ringspalte zwischen Rohr 3 und Durchzug 6 (Winkel α in Fig. 3) und füllt diese mit Lot aus. Ein entsprechender Lotmeniskus bzw. eine Lotnaht 8 ist in Fig. 5 dargestellt.
Das Flachrohr 3 wird - wie in Fig. 4 und 5 durch die Pfeile P dargestellt - vollständig von der Rippe 2 bzw. dem Durchzug 6 umschlossen, so dass sich ein starker Abstützeffekt in Form eines steifen T-Profiles ergibt. Ein "Aufblähen" des Flachrohres 3 bei Innendruck wird somit verhindert. Das Rohr 3 kann - wie erwähnt - aus einem Blech hergestellt und als längsnahtgeschweißtes oder als gefalztes Rohr ausgebildet sein, wobei auch gefalzte Mehrkammerrohre, Sicken- oder Noppenrohre möglich sind. Darüber hinaus kann das Rohr 3 auch als extrudiertes, z. B. Mehrkammerrohr ausgebildet sein, wobei die Lotplattierung sich dann vorzugsweise auf der Rippe 2 und deren Kragen 6 befindet.
Die Dicke d des Rippenmaterials kann relativ gering gewählt werden, d. h. unter 0,07 mm, und vorzugsweise unterhalb von 0,05 mm. Gegenüber herkömmlichen gelöteten Systemen bedeutet dies eine Reduzierung der Rippendicke und damit eine Reduzierung des Gewichts des Rippenrohrblockes. Ebenso kann die Wandstärke s der Rohre relativ niedrig gewählt werden, d. h. niedriger als die Rohrwandstärke bei mechanisch gefügten Systemen. Vorzugsweise beträgt die Wandstärke s der Flachrohre 3 0,35 mm und weniger, vorzugsweise 0,2 mm und weniger.
Auf den Rippenrohrblock 1 können - was hier nicht dargestellt ist - Rohrböden, ebenfalls aus einem Aluminiumwerkstoff, aufgesetzt werden, wobei die Rohrböden Durchzüge zur Aufnahme der Rohrenden der Flachrohre 3 aufweisen, so dass die Böden dicht mit den Rohrenden verlötet werden können. Auf diesen Rippenrohrblock einschließlich Rohrböden können dann Kunststoffkästen aufgesetzt werden, welche auf bekannte Weise mit dem Rohrboden durch eine Bördelverbindung verbunden werden. Alternativ zu Kunststoffkästen können die Sammelkästen auch in Metall, d. h. aus einem Aluminiumwerkstoff hergestellt sein, so dass sich ein Ganzaluminium-Wärmeübertrager mit dem erfindungsgemäßen Rippenrohrblock herstellen lässt.
Das Löten des Rippenrohrblockes bzw. des Ganzaluminiumwärmeübertragers kann nach verschiedenen Verfahren, nämlich im Vakuum, in Inertgasatmosphäre oder nach dem so genannten Nocolok®-Verfahren mit einem nicht korrosiven Flussmittel erfolgen.
Außerdem können Rohrböden, wie bei einem mechanisch gefügten Rippenrohrblock üblich, durch mechanische Verbindung gefügt werden. Dabei werden die Rohrenden durch entsprechende Öffnungen (Durchzüge) im Rohrboden gesteckt; zwischen Durchzügen und Rohrenden sind elastomere Dichtungen angeordnet. Nach dem Durchstecken der Rohrenden werden diese mechanisch aufgeweitet. Dadurch entsteht eine feste, aber auch elastische Verbindung, die höheren Anforderungen in Bezug auf Druck- und Thermowechselfestigkeit standhält.
Der oben beschriebene gelötete Rippenrohrblock 1 kann vorzugsweise als Kühlmittelkühler oder Ladeluftkühler für Kraftfahrzeuge verwendet werden. Die bei der Ladeluftkühlung bzw. bei der Kühlmittelkühlung einer Brennkraftmaschine auftretenden Drücke können durch das erfindungsgemäße gelötete System beherrscht werden.

Claims

Wärmeübertrager, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit einem gelöteten, aus Flachrohren (3) bzw. leicht ovalisierten Flachrohren und Rippen (2) bestehenden Block (1), wobei die Flachrohre (3) von einem ersten Medium durchströmbar sind und mit mindestens einem Sammelkasten kommunizieren und die Rippen (2) von einem zweiten Medium überströmbar sind, wobei die Rippen (2) im Wesentlichen eben ausgebildet und parallel zueinander angeordnet sind sowie Öffnungen mit Kontaktflächen (6) aufweisen, dass die Flachrohre (3) in den Öffnungen aufgenommen und im Bereich der Kontaktflächen (6) verlötbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen als konische Durchzüge (6) oder als schräg aufgestellte Laschen (6) ausgebildet sind, welche an den Längsseiten und/oder den Schmalseiten der Flachrohre (3) anliegen, wobei die Durchzüge (6) oder die Laschen mit den Längsseiten und/oder den Schmalseiten der Flachrohre (3) einen konischen Lotspalt (α) bilden.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre (3) und die Rippen (2) aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen herstellbar und hartlötbar sind.
Wärmeübertrager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre (3) und/oder die Rippen (2) lotplattiert, vorzugsweise mit einer Aluminium-Silizium-Lotplattierung versehen sind.
Wärmeübertrager nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre (3) und die Rippen (2) nach dem Nocolok®-Verfahren lötbar sind.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre (3) Rohrenden aufweisen, auf welche Rohrböden mit Bodendurchzügen gesteckt sind.
Wärmeübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrenden mit den Bodendurchzügen verlötbar sind.
Wärmeübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrenden mechanisch mit den Bodendurchzügen gefügt sind, insbesondere mittels einer elastomeren Dichtung.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen (6) als Abstandshalter für die Rippen (2) ausgebildet sind.
Wärmeübertrager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchzüge (6) oder Laschen abgewinkelte Ränder oder ausgeformte Nasen (7) aufweisen.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (2) Kiemen (4) bzw. Kiemenfelder und/oder Turbulenz- oder Wirbelerzeuger (5) aufweisen.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (2) eine Materialdicke d von d ≤ 0,07 mm, vorzugsweise von d ≤ 0,05 mm aufweisen.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre (3) eine Wandstärke s von s ≤ 0,3 mm, vorzugsweise von s ≤ 0,2 mm aufweisen.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre als flache Ovalrohre mit einem annähernd elliptischen Querschnitt, mit großer und kleiner Halbachse a, b und mit einem Achsenverhältnis V = a/b ausgebildet sind und dass das Achsenverhältnis V > 5 : 1 ist.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre als geschweißte Stegrohre ausgebildet sind.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre in mindestens einer Reihe angeordnet sind.
Wärmeübertrager nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre bei mehrreihiger Anordnung fluchtend oder versetzt zueinander angeordnet sind.
Wärmeübertrager nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre in zwei Reihen angeordnet sind, wobei eine Reihe Teil eines ersten Wärmeübertragers, insbesondere eines Kühlmittelkühlers und die andere Reihe Teil eines zweiten Wärmeübertragers, insbesondere eines Kältemittelkondensators ist.