EP1878989A2 - Flachrohr für einen Wärmeübertrager und Wärmeübertrager mit Flachrohren - Google Patents

Flachrohr für einen Wärmeübertrager und Wärmeübertrager mit Flachrohren Download PDF

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EP1878989A2
EP1878989A2 EP07013077A EP07013077A EP1878989A2 EP 1878989 A2 EP1878989 A2 EP 1878989A2 EP 07013077 A EP07013077 A EP 07013077A EP 07013077 A EP07013077 A EP 07013077A EP 1878989 A2 EP1878989 A2 EP 1878989A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flat tube
flat
metal strip
heat exchanger
region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07013077A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1878989A3 (de
Inventor
Andreas Eilemann
Matthias Traub
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
Publication of EP1878989A2 publication Critical patent/EP1878989A2/de
Publication of EP1878989A3 publication Critical patent/EP1878989A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/03—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits
    • F28D1/0391—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits a single plate being bent to form one or more conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F28F1/022—Tubular elements of cross-section which is non-circular with multiple channels

Definitions

  • the invention relates to a flat tube for a heat exchanger according to the preamble of claim 1, known by the DE 37 25 602 A1 the applicant, and a heat exchanger according to the preamble of claim 16, known by the DE 197 52 139 A1 the applicant.
  • Flat tubes for heat exchangers are known in many variants, for. Example, as, extruded multi-chamber tubes or flat tubes, which are made of an endless metal belt, unwound from a metal band wrap (coil), by forming the metal strip and subsequent soldering and / or welding produced.
  • Flat tubes with a relatively large depth, ie with a large ratio of depth to thickness, are often formed as two- or multi-chamber tubes and therefore have longitudinally extending separating elements, in the form of dividers or beads, which are soldered or welded to the inner wall of the flat tube ,
  • the strip material is provided with a suitable solder plating prior to forming, with aluminum tubes with an Al-Si solder alloy.
  • the separating element is designed as a U-shaped bent supporting web, which rests with its two U-legs on the inside of the flat tube and is soldered thereto.
  • the support bar thus has essentially two functions, namely an increase in the internal pressure resistance of the flat tube and a separation of the total cross section into two chambers or two discrete flow channels.
  • the known flat tube has a thickness that is constant in the direction of the depth, that is to say the direction of flow of the air, ie essentially flat longitudinal sides.
  • the flat tubes form with secondary surfaces such.
  • B. corrugated fins a brazed tube / fin block, which is part of a heat exchanger.
  • the well-known flat tube has a partition and smooth longitudinal sides - a sealing of the pipe ends in the tube sheet and with respect to the longitudinal partition prepares soldering problems, which, however, by the DE 197 52 139 A1 have been solved to the Applicant to the effect that on the one hand flat tubes with longitudinal beads formed separating webs and on the other hand arranged in the collecting box longitudinal partition with recesses on its lower edge, ie the tube bottom and the tube ends facing side, are provided.
  • the Longitudinal partition wall engages in the region of the longitudinal corrugations, the pipe ends, wherein the beads come into contact with the recesses and thereby allow a dense soldering. Therefore, the use of longitudinal beads as a separator in flat tubes advantageous.
  • a protective plating eg a known alloy with the commercial designation AA 7072
  • the known divider is formed in the form of a longitudinal bead by soldering the inner sides, a protective cladding in this flat tube type can not be used.
  • a mutual recess in the form of a longitudinal bead is provided in the region of the separating and / or supporting element.
  • the flat tube according to the invention can be used as a "bead tube" known from the prior art and can therefore be perfectly soldered, particularly with respect to a dividing wall a corrosion-inhibiting layer, in particular a non-melting protective cladding can be provided, as in the region of the separation and / or support element no longer protective cladding on protective cladding, but a solder plating applied on the outside comes into contact with an applied on the inside Schutzplatttechnik and thus a flawless
  • the flat tube according to the invention is independent of tolerance-related fluctuations in the width of the metal strip unwound from the coil, because the free U-leg can be made variable in its length to compensate for such tolerance variations.
  • the separating and / or supporting element has generally - as expressed by the term - two functions, namely the separation and the support or Weganker Quant. Both functions need not be met simultaneously, for example, the separation may be interrupted, so that a pressure or flow compensation between the two chambers or flow channels is possible.
  • the flat tube according to the invention is made of a metal strip whose edge strips are preferably brought together in the middle of the flat tube, wherein one longitudinal side is continuous and the other longitudinal side forms a shock (outer edge of the edge strip). In order to ensure a clean and tight soldering with the heat exchanger, in particular its tube sheet, it is provided that the shock, z. B.
  • the bead-shaped depressions of the flat tube can in principle have any desired shape, but concavely curved or trapezoidal depressions are preferred.
  • the thickness d i in the region of the depressions is at least four times the pipe wall or strip material thickness t.
  • four material layers are directly adjacent to each other.
  • the preferred upper limit for the thickness in the bead area is smaller by two tube wall thicknesses than the total thickness d t of the flat tube.
  • the U-legs have a distance d F , which corresponds to a maximum of four times the material thickness t, preferably twice and particularly preferably the simple pipe wall thickness t.
  • d F 0 results as an advantage a particularly good seal with a longitudinal partition wall after soldering.
  • At a distance of the U-legs d F > 0 results in the advantage of a certain elasticity, which acts as a tolerance compensation during assembly of the flat tube in the tube sheet.
  • a further preferred embodiment relates to the dimensions of a trapezoidal depression, which is characterized by an inner width w i and an outer width W o .
  • the inner width is preferably set in a range of 0.6 mm ⁇ w i ⁇ 2.5 mm, more preferably 1.0 mm ⁇ w i ⁇ 2.0 mm.
  • the outer width has an upper limit of W o ⁇ 4 mm and is in particular in a range 2 mm ⁇ W o ⁇ 3.2 mm.
  • the remaining dimensions of the flat tube correspond to those which are known from the prior art.
  • the inventive design of the separating and / or supporting element in the form of a U-shaped fold with a free U-leg allows a tolerance compensation of the width of the metal strip. Due to its production, this has certain fluctuations, which are generally not conducive to exact pipe production. Such width variations can be compensated by a variable length of the free U-leg.
  • the leg length u L can be reduced to half the length to compensate for variations in the width of the metal strip.
  • the outer contour of the flat tube according to the invention should always be the same, ie the impact must always be at the same point.
  • the free U-leg of the U-shaped fold with the inner tube wall forms a contact point, which soldered.
  • at least one of these two curved formed to be soldered surfaces is, so preferably a curved rests on a flat surface and soldered.
  • the object of the invention is also achieved by a heat exchanger with the features of claim 16.
  • the heat exchanger preferably has a longitudinal dividing wall in the collecting box, which separates it into an inlet chamber and an outlet chamber for a heat transfer fluid, preferably a coolant.
  • the flat tubes are, starting from the inlet chamber, double flow, ie flows through in opposite directions, so that the heat exchanger with the ambient air flowing through it in the cross-direct current or cross-counterflow is operable.
  • the deflection of the heat transfer fluid can be done either - when using only one header box - in the flat tube itself or in a second designed as a deflection box collection box.
  • the inside of the flat tubes can be provided with a corrosion layer, in particular a protective cladding, and that the tube ends received in the tube plate can be reliably sealed by soldering through a longitudinal dividing wall in the area of the longitudinal beads.
  • a corrosion layer in particular a protective cladding
  • This provides a heat exchanger with high reliability and pipe corrosion resistance on the primary side.
  • a heat exchanger in motor vehicles, in particular as a cooler, in particular coolant radiator, or as a radiator for a motor vehicle heating used. Coolant radiator and radiator are flowed through on the primary side by the coolant of the cooling circuit of the internal combustion engine and in special cases require corrosion protection (protective cladding) on the coolant side.
  • Fig. 1 shows a central section of a flat tube 1, not shown, which is designed as a two-chamber tube with a first chamber 2 (shown shortened) and a second chamber 3 (shown incomplete). Between two chambers 2, 3, a separating and / or supporting element 4 is arranged (hereinafter referred to as "separating element 4"), which separates both chambers 2, 3 from each other.
  • the chambers 2, 3 thus form discrete flow channels for a heat transfer fluid, z.
  • the flat tube 1 is made of a strip material, preferably a rolled aluminum sheet 5 with the wall thickness t.
  • the strip material or metal strip 5 is unwound from a winding (coil), not shown, and fed to a tube forming machine, not shown, which converts the initially flat metal strip in the illustrated cross-section.
  • the metal strip 5 has two edge strips 5a, 5b, wherein the edge strip 5a is part of a U-shaped inner fold 6 and the edge strip 5b forms part of the outer contour of the flat tube 1 with a joint 7.
  • the flat tube 1 has an upper longitudinal side 8 and a lower longitudinal side 9, which each have a trapezoidal recess 10, 11 in the region of the separating element 4.
  • the trapezoidal shape is characterized by an inner width w i and an outer width w o .
  • the flat tube 1 has a general thickness d t , while in the region of the recesses 10, 11 a having smaller thickness d l .
  • the U-shaped fold 6 has two mutually parallel U-legs 6a, 6b, which have a distance d F from each other.
  • the metal strip 5 is made of a core material, for. B. an aluminum alloy and has on its the tube outer wall forming side 5c a Lotplatt réelle, z. B. from an AlSi alloy and on its inside the tube forming side 5d a Schutzplatttechnik, z. B. according to the international designation AA 7072 on - the plating are not shown.
  • the inside of the flat tube has a Lotplatt réelle or a Lotplatttechnik with corrosion-inhibiting effect or a Lotplatt réelle arranged with a solder plating Schutzplatt mich.
  • the flat tube 1 shown above has the following dimensions or dimensional ranges:
  • the thickness d i in the region of the recesses 10, 11 is a function of the thickness d t of the flat tube 1 and the wall thickness t of the flat tube 1 and the metal strip 5 in the following range: 4t ⁇ d i ⁇ d t - 2t.
  • the upper limit for the distance d F is 4 t, ie four times the wall thickness , preferably in the double and particularly preferably in the simple wall thickness t.
  • the inner width w i of the trapezoidal recesses 10, 11 is selected in the following range: 0.6 ⁇ w i ⁇ 2.5 mm, in particular 0.8 ⁇ w i ⁇ 2.5 mm, in particular 1.0 ⁇ w i ⁇ 2.0 mm.
  • the outer width w o has a Upper limit of 4 mm and a preferred range of 2 mm ⁇ w o ⁇ 3.2 mm.
  • the free U-leg 6a has a length U L , which can be made variable depending on a production-related, fluctuating width of the metal strip 5.
  • the leg length u L can be smaller with a smaller bandwidth. The tolerance deviation in the width of the metal strip 5 thus determines the length u L.
  • FIG. 2 shows a modification of the separating element 4 shown in FIG. 1, which is shown here as an inner fold 20, which has a convexly curved free leg 21 which bears against a flat surface 22 of the trapezoidal depression 23.
  • the flat surface 22 and the curved surface 21 thus form a contact point with line contact. This results in a good soldering, as can form in the soldering gap Lötmenisken.
  • FIG. 3 shows a further modification of the separating element 4 according to FIG. 1, which is designed here as a U-shaped fold 30 with a straight free leg 31.
  • the recess 32 is concavely curved so that a curved inner surface 33 rests on the flat surface 31. This results in equally favorable soldering requirements as in the embodiment of FIG. 2.
  • the length u L of the free leg 41 corresponds to the inner width w i of the trapezoidal depression.
  • a fold 50 is shown with a shortened free leg 51.
  • the shortening of the free leg length from w l to w l / 2 results a smaller width of the metal strip, which can thus be compensated.
  • Fig. 6 shows a detail of the shock 7 shown in Fig. 1, here designated by the reference numeral 60.
  • the joint 60 ie one of the two longitudinal edges of the metal strip has an inclined surface which bears against the bevel of the recess 61 and thus forms a relatively smooth outer contour for the flat tube. This improves the soldering when receiving the pipe ends in openings of a tube plate.
  • Fig. 7 shows a modified embodiment of a joint 70 which is chamfered in alignment with the longitudinal wall 71 and thus also gives a relatively smooth outer contour.
  • the flat tube 1 shown in the drawing with bead-shaped depressions 10, 11 is preferably used for flat tube heat exchanger, which are not shown here, but the above-mentioned prior art, in particular the DE 197 52 139 according to the Applicant - the latter document is therefore fully incorporated in the subject matter of the present application.
  • the flat tubes of the known heat exchanger can be substituted by the flat tubes according to the invention described above, wherein at the same time a longitudinal partition wall can be arranged in the collecting box, which includes the pipe ends in the region of their longitudinal beads and seals there.
  • a heat exchanger can be provided with a arranged on the inside of the tube protective cladding.
  • Such a heat exchanger is preferably used as a coolant radiator or radiator for motor vehicles.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Flachrohr (1) für einen Wärrneübertrager, welches durch Umformung eines Metallbandes (5) und anschließendes Verlöten und/oder Verschweißen herstellbar ist, mit zwei parallelen Längsseiten (8, 9), wobei zwischen den Längsseiten (8, 9) ein in Längsrichtung des Flachrohres verlaufendes, durch Umformung des Metallbandes (5) gebildetes Trenn- und/oder Stützelement (4) angeordnet ist, welches einen U-förmig ausgebildeten Falz (6) mit einem ersten (freien) Schenkel (6a) und einem zweiten (festen) Schenkel (6b) aufweist. Es wird vorgeschlagen, dass die beiden Längsseiten (8, 9) im Bereich des Trenn- und/oder Stützelementes (4) je eine in Längsrichtung des Flachrohres (1) verlaufende, sickenförmige Vertiefung (10, 11) aufweisen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Flachrohr für einen Wärmeübertrager nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, bekannt durch die DE 37 25 602 A1 der Anmelderin, sowie einen Wärmeübertrager nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 16, bekannt durch die DE 197 52 139 A1 der Anmelderin.
  • Flachrohre für Wärmeübertrager sind in vielen Varianten bekannt, z. B. als, extrudierte Mehrkammerrohre oder als Flachrohre, welche aus einem Endlosmetallband, abgewickelt von einem Metallbandwickel (Coil), durch Umformung des Metallbandes und anschließendes Verlöten und/oder Verschweißen herstellbar sind. Flachrohre mit relativ großer Tiefe, d. h. mit einem großen Verhältnis von Tiefe zu Dicke, werden häufig als Zwei- oder Mehrkammerrohre ausgebildet und weisen daher in Längsrichtung verlaufende Trennelemente, in Form von Trennstegen oder Sicken auf, welche mit der Innenwand des Flachrohres verlötet oder verschweißt werden. Hierzu wird das Bandmaterial vor der Umformung mit einer geeigneten Lotplattierung versehen, bei Aluminiumrohren mit einer Al-Si-Lotlegierung. Ein derartiges Flachrohr wurde durch die DE 37 25 602 A1 der Anmelderin bekannt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform (gemäß Fig. 3) ist das Trennelement als U-förmig gebogener Stützsteg ausgebildet, welcher mit seinen beiden U-Schenkeln an der Innenseite des Flachrohres anliegt und mit dieser verlötet ist. Der Stützsteg hat somit im Wesentlichen zwei Funktionen, nämlich eine Erhöhung der Innendruckfestigkeit des Flachrohres und eine Trennung des Gesamtquerschnittes in zwei Kammern bzw. zwei diskrete Strömungskanäle. Das bekannte Flachrohr weist eine in Tiefenrichtung, d. h. Anströmrichtung der Luft konstante Dicke auf, d. h. im Wesentlichen flache Längsseiten. Die Flachrohre bilden mit Sekundärflächen wie z. B. Wellrippen einen gelöteten Rohr/Rippen-Block, der Teil eines Wärmeübertragers ist.
  • Ähnliche Flachrohre, hergestellt durch Umformung eines Metallbandes mit Ausbildung eines Trennelementes, wurden durch die FR-A 2 716 529 bekannt.
  • Durch die EP 0 829 316 B1 wurde ein Formwalzverfahren für ein Zweikammerrohr mit einem Trennelement bekannt, welches durch einen mittleren Falz und an diesen angelegte, abgewinkelte Randstreifen gebildet wird.
  • Es ist bekannt, derartige Zweikammerrohre in einer Richtung oder zweiflutig in entgegengesetzten Richtungen zu durchströmen. Im ersteren Falle erhält man mit einer quer zu den Flachrohren ausgerichteten Luftströmung einen Kreuzstrom, im zweiten Falle einen Kreuzgleichstrom oder Kreuzgegenstrom. Letzterer wurde durch einen Flachrohr-Wärmeübertrager gemäß der DE 34 40 489 A1 der Anmelderin bekannt. Der Wärmeübertrager weist nur einen Sammelkasten mit einer Längstrennwand auf, welche mit einem in den Flachrohren angeordneten Längstrennelement fluchtet. Das Strömungsmedium, ein Kühlmittel, wird im Flachrohr umgelenkt. Problematisch in diesem Falle ist die Abdichtung des Trennelementes der Flachrohre mit der Längstrennwand. Gleiches gilt prinzipiell für einen zweiflutig im Kreuzstrom durchströmbaren Wärmeübertrager nach der EP 0 632 245 B1 . Das bekannte Flachrohr weist eine Trennwand und glatte Längsseiten auf - eine Abdichtung der Rohrenden im Rohrboden und gegenüber der Längstrennwand bereitet löttechnisch Probleme, welche allerdings durch die DE 197 52 139 A1 der Anmelderin dahingehend gelöst wurden, dass einerseits Flachrohre mit als Längssicken ausgebildeten Trennstegen und andererseits eine im Sammelkasten angeordnete Längstrennwand mit Aussparungen an ihrer Unterkante, d. h. der dem Rohrboden und den Rohrenden zugewandten Seite, vorgesehen sind. Die Längstrennwand übergreift im Bereich der Längssicken die Rohrenden, wobei die Sicken in den Aussparungen zur Anlage kommen und dadurch eine dichte Verlötung ermöglichen. Daher ist die Verwendung von Längssicken als Trennelement bei Flachrohren von Vorteil. Probleme treten allerdings dann auf, wenn die Innenseite der Flachrohre mit einer Schutzplattierung (z. B. eine bekannte Legierung mit der handelsüblichen Bezeichnung AA 7072) verwendet werden soll, welche im Allgemeinen nicht lötbar ist. Da der bekannte Trennsteg in Form einer Längssicke durch Verlöten der Innenseiten gebildet wird, kann eine Schutzplattierung bei diesem Flachrohrtyp nicht verwendet werden. Dies wäre zwar für bekannte Flachrohre der eingangs genannten Art, d. h. mit flachen (nicht gesickten) Längsseiten möglich, allerdings ergeben sich hier die oben erwähnten Probleme bei der Abdichtung, insbesondere mit einer Längstrennwand.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Flachrohr der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass einerseits ein Korrosionsschutz auf der Innenseite und andererseits eine einwandfreie Abdichtung nach Verlötung im Wärmeübertrager möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist im Bereich des Trenn- und/oder Stützelementes eine beiderseitige Vertiefung in Form einer Längssicke vorgesehen. Mit dieser Geometrie wird der Vorteil erreicht, dass das erfindungsgemäße Flachrohr einerseits wie ein aus dem Stand der Technik bekanntes ,,Sickenrohr" verwendbar und somit löttechnisch einwandfrei abdichtbar ist, insbesondere gegenüber einer Trennwand. Andererseits ist von Vorteil, dass die Innenseite des erfindungsgemäßen Flachrohres mit einer korrosionshemmenden Schicht, insbesondere einer nicht aufschmelzenden Schutzplattierung versehen werden kann, da im Bereich des Trenn- und/oder Stützelementes nicht mehr Schutzplattierung auf Schutzplattierung, sondern eine auf der Außenseite aufgebrachte Lotplattierung mit einer auf der Innenseite aufgebrachten Schutzplattierung in Kontakt kommt und somit eine einwandfreie Verlötung ermöglicht. Vorteilhaft ist ferner, dass das erfindungsgemäße Flachrohr unabhängig von toleranzbedingten Schwankungen in der Breite des vom Coil abgewickelten Metallbandes ist, da der freie U-Schenkel in seiner Länge variabel gestaltet werden kann, um derartige Toleranzschwankungen auszugleichen. Das Trenn- und/oder Stützelement hat im Allgemeinen - wie durch die Bezeichnung zum Ausdruck gebracht - zwei Funktionen, nämlich die der Trennung und die einer Stützung bzw. Zugankerwirkung. Beide Funktionen müssen nicht gleichzeitig erfüllt sein, beispielsweise kann die Trennung unterbrochen sein, sodass ein Druck- oder Strömungsausgleich zwischen beiden Kammern bzw. Strömungskanälen möglich ist. Das erfindungsgemäße Flachrohr wird aus einem Metallband hergestellt, dessen Randstreifen vorzugsweise in der Mitte des Flachrohres zusammengeführt werden, wobei eine Längsseite durchgehend ist und die andere Längsseite einen Stoß (Außenkante des Randstreifens) bildet. Um eine saubere und dichte Verlötung mit dem Wärmeübertrager, insbesondere dessen Rohrboden zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass der Stoß, z. B. durch Abschrägung der Außenkante geglättet wird, sodass eine möglichst glatte Außenkontur für das Flachrohr im Bereich der Vertiefung entsteht. Die sickenförmigen Vertiefungen des Flachrohres können prinzipiell eine beliebige Form aufweisen, bevorzugt sind jedoch konkav gekrümmte oder trapezförmig ausgebildete Vertiefungen.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Dicke di im Bereich der Vertiefungen mindestens das Vierfache der Rohrwand- bzw. Bandmaterialstärke t. In diesem Falle liegen vier Materiallagen unmittelbar aufeinander. Die bevorzugte Obergrenze für die Dicke im Sickenbereich ist um zwei Rohrwandstärken geringer als die Gesamtdicke dt des Flachrohres. In diesem Falle weisen die U-Schenkel einen Abstand dF auf, der maximal der vierfachen Materialstärke t, vorzugsweise der doppelten und besonders bevorzugt der einfachen Rohrwandstärke t entspricht. Bei dF = 0 ergibt sich als Vorteil eine besonders gute Abdichtung mit einer Längstrennwand nach dem Verlöten. Bei einem Abstand der U-Schenkel dF > 0 ergibt sich als Vorteil eine gewisse Elastizität, welche als Toleranzausgleich bei der Montage des Flachrohres im Rohrboden wirkt.
  • Für den Fall, dass die U-Schenkel aufeinander liegen, also dF = 0, ist nach einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die U-Schenkel in diesem Bereich miteinander verlöten. Hierfür sind alternativ folgende Plattierungen auf der die Innenseite des Flachrohres bildenden Seite des Metallbandes vorgesehen: entweder eine Lotplattierung oder eine Lotplattierung mit korrosionshemmender Wirkung oder eine Lotplattierung mit einer Schutzplattierung, die unterhalb der Lotplattierung, also direkt auf dem Metallband angeordnet ist. Insbesondere in den beiden letzteren Fällen werden einerseits eine sichere Verlötung der U-Schenkel und andererseits ein wirksamer Korrosionsschutz für die Innenseite des Flachrohres erreicht.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform betrifft die Abmessungen einer trapezförmigen Vertiefung, weiche durch eine innere Weite wi und eine äußere Weite Wo gekennzeichnet ist. Die innere Weite ist vorzugsweise in einem Bereich von 0,6 mm ≤ wi ≤ 2,5 mm, insbesondere 1,0 mm ≤ wi ≤ 2,0 mm bemessen. Die äußere Weite hat eine Obergrenze von Wo < 4 mm und liegt insbesondere in einem Bereich 2 mm ≤ Wo ≤ 3,2 mm. Die übrigen Abmessungen des Flachrohres entsprechen denen, welche aus dem Stand der Technik bekannt sind.
  • Wie bereits erwähnt, erlaubt die erfindungsgemäße Ausbildung des Trenn- und/oder Stützelementes in Form eines U-förmig ausgebildeten Falzes mit einem freien U-Schenkel einen Toleranzausgleich der Breite des Metallbandes. Diese weist herstellungsbedingt gewisse Schwankungen auf, welche für die exakte Rohrherstellung im Allgemeinen nicht förderlich sind. Derartige Breitenschwankungen können durch eine veränderliche Länge des freien U-Schenkels ausgeglichen werden. Die Länge uL des freien U-Schenkels beträgt maximal uLmax = wi, d. h. sie entspricht der inneren Weite der trapezförmigen Vertiefung. Die Schenkellänge uL kann bis auf die halbe Länge reduziert werden, um Schwankungen in der Breite des Metallbandes auszugleichen. Die Außenkontur des erfindungsgemäßen Flachrohres soll dagegen immer gleich sein, d. h. der Stoß muss immer an derselben Stelle liegen.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bildet der freie U-Schenkel des U-förmigen Falzes mit der inneren Rohrwand eine Kontaktstelle, welche verlötet. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mindestens eine dieser beiden zu verlötenden Flächen gewölbt ausgebildet ist, sodass vorzugsweise eine gekrümmte auf einer ebenen Fläche aufliegt und verlötet. Damit wird der Vorteil einer festen und dichten Verlötung erreicht und die Ausbildung eines Lötmeniskus' begünstigt. Daher ist entweder der freie U-Schenkel konvex gekrümmt und die Rohrinnenwand bei einer trapezförmigen Vertiefung flach ausgebildet, oder der freie U-Schenkel ist eben und die Vertiefung ist konkav gekrümmt ausgebildet. Es ergibt sich somit im Bereich der Kontaktstelle eine Linienberührung, welche durch die Federwirkung des Falzes sichergestellt wird.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen des Patentanspruches 16 gelöst. Erfindungsgemäß ist der aus dem Stand der Technik bekannte Wärmeübertrager mit erfindungsgemäßen Flachrohren bestückt. Der Wärmeübertrager weist vorzugsweise eine Längstrennwand im Sammelkasten auf, welche diesen in eine Eintrittskammer und eine Austrittskammer für ein Wärmeträgerfluid, vorzugsweise ein Kühlmittel trennt. Die Flachrohre werden, ausgehend von der Eintrittskammer, zweiflutig, d. h. in entgegengesetzten Richtungen durchströmt, sodass der Wärmetauscher mit der ihn durchströmenden Umgebungsluft im Kreuzgleichstrom oder Kreuzgegenstrom betreibbar ist. Die Umlenkung des Wärmetragerfluids kann entweder - bei Verwendung nur eines Sammelkastens - im Flachrohr selbst oder in einem zweiten als Umlenkkasten ausgebildeten Sammelkasten erfolgen. Vorteilhaft bei diesem Wärmeübertrager ist einerseits, dass die Innenseite der Flachrohre mit einer Korrosionsschicht, insbesondere einer Schutzplattierung versehen werden kann und dass die im Rohrboden aufgenommenen Rohrenden durch eine Längstrennwand im Bereich der Längssicken sicher durch Löten abgedichtet werden können. Damit wird ein Wärmeübertrager mit hoher Funktionssicherheit und Rohrkorrosionsbeständigkeit auf der Primärseite bereitgestellt. Vorzugsweise ist ein derartiger Wärmeübertrager bei Kraftfahrzeugen, insbesondere als Kühler, insbesondere Kühlmittelkühler, oder als Heizkörper für eine Kraftfahrzeugheizung verwendbar. Kühlmittelkühler und Heizkörper werden primärseitig vom Kühlmittel des Kühlkreislaufes des Verbrennungsmotors durchströmt und erfordern in speziellen Einsatzfällen einen Korrosionsschutz (Schutzplattierung) auf der Kühlmittelseite.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen
    • Fig. 1
    einen mittleren Ausschnitt eines Flachrohres mit einem U-förmigen Falz,
    Fig. 2
    eine erste Abwandlung des U-förmigen Falzes,
    Fig. 3
    eine zweite Abwandlung des U-förmigen Falzes,
    Fig. 4
    einen U-förmigen Falz mit aufeinander liegenden Schenkeln,
    Fig. 5
    den Falz gemäß Fig. 4 mit verkürztem freiem Schenkel,
    Fig. 6
    eine abgewandelte Ausbildung eines Metallbandstoßes und
    Fig. 7
    eine weitere Abwandlung des Metallbandstoßes.
  • Fig. 1 zeigt einen mittleren Ausschnitt eines nicht vollständig dargestellten Flachrohres 1, welches als Zweikammerrohr mit einer ersten Kammer 2 (verkürzt dargestellt) und einer zweiten Kammer 3 (unvollständig dargestellt) ausgebildet ist. Zwischen beiden Kammern 2, 3 ist ein Trenn- und/oder Stützelement 4 angeordnet (im Folgenden kurz "Trennelement 4" genannt), welches beide Kammern 2, 3 voneinander trennt. Die Kammern 2, 3 bilden somit diskrete Strömungskanäle für ein Wärmeübertragerfluid, z. B. das Kühlmittel eines Kühlmittelkreislaufes eines nicht dargestellten Verbrennungsmotors. Das Flachrohr 1 ist aus einem Bandmaterial, vorzugsweise einem gewalzten Aluminiumblech 5 mit der Wandstärke t hergestellt. Das Bandmaterial bzw. Metallband 5 wird von einem nicht dargestellten Wickel (Coil) abgewickelt und einer nicht dargestellten Rohrumformmaschine zugeführt, welche das zunächst ebene Metallband in den dargestellten Querschnitt umformt. Das Metallband 5 weist zwei Randstreifen 5a, 5b auf, wobei der Randstreifen 5a Teil eines U-förmig ausgebildeten inneren Falzes 6 ist und der Randstreifen 5b einen Teil der Außenkontur des Flachrohres 1 mit einem Stoß 7 bildet. Das Flachrohr 1 weist eine obere Längsseite 8 und eine untere Längsseite 9 auf, welche im Bereich des Trennelementes 4 jeweils eine trapezförmig ausgebildete Vertiefung 10, 11 aufweisen. Die Trapezform ist durch eine innere Weite wi und eine äußere Weite wo gekennzeichnet. Das Flachrohr 1 weist eine generelle Dicke dt auf, während es im Bereich der Vertiefungen 10, 11 eine geringere Dicke dl aufweist. Der U-förmig ausgebildete Falz 6 weist zwei parallel zueinander angeordnete U-Schenkel 6a, 6b auf, welche einen Abstand dF voneinander aufweisen. Das Metallband 5 besteht aus einem Kernmaterial, z. B. einer Aluminiumlegierung und weist auf seiner die Rohraußenwand bildenden Seite 5c eine Lotplattierung, z. B. aus einer AlSi-Legierung und auf seiner die Rohrinnenseite bildenden Seite 5d eine Schutzplattierung, z. B. gemäß der internationalen Bezeichnung AA 7072 auf - die Plattierungen sind nicht dargestellt. Aufgrund dieser Plattierungen kommt es zu einer beidseitigen Verlötung des U-förmigen Falzes 6, d. h. mit beiden Schenkeln 6a, 6b im Bereich der Vertiefungen 10, 11. Beide Kammern 2, 3 sind somit nach der Verlötung fluiddicht voneinander getrennt. Darüber hinaus wird durch das Trennelement 4 bei Innendruckbeaufschlagung ein Zuganker zwischen den beiden Längsseiten 8, 9 gebildet.
  • Möglich ist allerdings auch, dass die Innenseite des Flachrohres eine Lotplattierung oder eine Lotplattierung mit korrosionshemmender Wirkung oder eine Lotplattierung mit einer unter der Lotplattierung angeordneten Schutzplattierung aufweist. Diese Plattierungsvarianten sind insbesondere für den Fall vorgesehen, dass die U-Schenkel aufeinander liegen und mit einander verlötet werden (dF = o).
  • Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das oben dargestellte Flachrohr 1 folgende Abmessungen bzw. Abmessungsbereiche auf: Die Dicke di im Bereich der Vertiefungen 10, 11 liegt in Abhängigkeit von der Dicke dt des Flachrohres 1 und der Wandstärke t des Flachrohres 1 bzw. des Metallbandes 5 in folgendem Bereich: 4t ≤ di ≤ dt- 2t. Das Mindestmaß bzw. die Untergrenze des Bereiches für dl ist also die vierfache Rohrwandstärke t, dabei ist der Abstand zwischen den beiden Schenkeln 6a, 6b dF= 0. Die Obergrenze für den Abstand dF liegt bei 4 t, also der vierfachen Wandstärke, vorzugsweise bei der zweifachen und besonders bevorzugt bei der einfachen Wandstärke t. Die innere Weite wi der trapezförmigen Vertiefungen 10, 11 ist in folgendem Bereich gewählt: 0,6 ≤ wi ≤ 2,5 mm, insbesondere 0,8 ≤ wi ≤ 2,5 mm, insbesondere 1,0 ≤ wi ≤ 2,0 mm. Die äußere Weite wo weist eine Obergrenze von 4 mm und einen bevorzugten Bereich von 2 mm ≤ wo ≤ 3,2 mm auf.
  • Der freie U-Schenkel 6a weist eine Länge UL auf, welche in Abhängigkeit von einer herstellungsbedingten, schwankenden Breite des Metallbandes 5 variabel gestaltet werden kann. Ausgehend von dem Stoß 7, d. h. dem Randstreifen 5b des Metallbandes 5, welcher stets dieselbe Position einnimmt, kann die Schenkellänge uL bei geringerer Bandbreite kleiner ausfallen. Die Toleranzabweichung in der Breite des Metallbandes 5 bestimmt somit die Länge uL.
  • Fig. 2 zeigt eine Abwandlung des in Fig. 1 dargestellten Trennelementes 4, welches hier als innerer Falz 20 dargestellt ist, welcher einen konvex gekrümmten freien Schenkel 21 aufweist, der an einer ebenen Fläche 22 der trapezförmigen Vertiefung 23 anliegt. Die ebene Fläche 22 und die gekrümmte Fläche 21 bilden somit eine Kontaktstelle mit Linienberührung. Dies ergibt eine gute Verlötung, da sich im Bereich des Lötspaltes Lötmenisken ausbilden können.
  • Fig. 3 zeigt eine weitere Abwandlung des Trennelementes 4 gemäß Fig. 1, welches hier als U-förmiger Falz 30 mit einem geraden freien Schenkel 31 ausgebildet ist. Die Vertiefung 32 ist konkav gekrümmt, sodass eine gekrümmte Innenfläche 33 auf der ebenen Fläche 31 aufliegt. Dies ergibt ebenso günstige Lötvoraussetzungen wie im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2.
  • In Fig. 4 ist ein U-förmiger innerer Falz 40 dargestellt, bei welchem der Abstand zwischen beiden Schenkeln 41, 42 gleich Null ist (dF = 0). Die Länge uL des freien Schenkels 41 entspricht der inneren Weite wi der trapezförmigen Vertiefung.
  • In Fig. 5 ist ein Falz 50 mit einem verkürzten freien Schenkel 51 dargestellt. Die Länge UL beträgt hier etwa die Hälfte der inneren Weite wl, d. h. uL = ½ Wl. Die Verkürzung der freien Schenkellänge von wl auf wl/2 ergibt sich aus einer geringeren Breite des Metallbandes, die somit ausgeglichen werden kann.
  • Fig. 6 zeigt eine Einzelheit des in Fig. 1 dargestellten Stoßes 7, hier mit der Bezugszahl 60 bezeichnet. Der Stoß 60, d. h. eine der beiden Längskanten des Metallbandes weist eine Schrägfläche auf, die sich an die Schräge der Vertiefung 61 anlegt und somit eine relativ glatte Außenkontur für das Flachrohr bildet. Dies verbessert die Verlötung bei der Aufnahme der Rohrenden in Öffnungen eines Rohrbodens.
  • Fig. 7 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform für einen Stoß 70, welcher fluchtend zur Längswand 71 abgeschrägt ist und somit ebenfalls eine relativ glatte Außenkontur ergibt.
  • Das in der Zeichnung dargestellte Flachrohr 1 mit sickenförmigen Vertiefungen 10, 11 wird vorzugsweise für Flachrohr-Wärmeübertrager verwendet, die hier nicht dargestellt sind, jedoch dem eingangs genannten Stand der Technik, insbesondere der DE 197 52 139 der Anmelderin entsprechen - letztere Druckschrift wird daher in vollem Umfang in den Gegenstand der vorliegenden Anmeldung einbezogen. Die Flachrohre des bekannten Wärmeübertragers können durch die erfindungsgemäßen, oben beschriebenen Flachrohre substituiert werden, wobei gleichzeitig eine Längstrennwand im Sammelkasten angeordnet werden kann, welche die Rohrenden im Bereich ihrer Längssicken umfasst und dort abdichtet. Damit kann ein derartiger Wärmeübertrager auch mit einer auf der Rohrinnenseite angeordneten Schutzplattierung versehen werden. Ein solcher Wärmeübertrager ist vorzugsweise als Kühlmittelkühler oder Heizkörper für Kraftfahrzeuge einsetzbar.

Claims (20)

  1. Flachrohr für einen Wärmeübertrager, welches durch Umformung eines Metallbandes (5) und anschließendes Verlöten und/oder Verschweißen herstellbar ist, mit zwei parallelen Längsseiten (8, 9), wobei zwischen den Längsseiten (8, 9) ein in Längsrichtung des Flachrohres verlaufendes, durch Umformung des Metallbandes gebildetes Trenn- und/oder Stützelement (4) angeordnet ist, welches einen U-förmig ausgebildeten Falz mit einem ersten (freien) Schenkel und einem zweiten (festen) Schenkel aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Längsseiten (8, 9) im Bereich des Trenn- und/oder Stützelementes (4) je eine in Längsrichtung des Flachrohres (1) verlaufende, sickenförmige Vertiefung (10, 11) aufweisen.
  2. Flachrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Längsseite (8) im Bereich des Trenn- und/oder Stützelementes (4) durchgehend und die Vertiefung (10) trapezförmig oder konkav gekrümmt ausgebildet ist.
  3. Flachrohre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Längsseite (9) im Bereich des Trenn- und/oder Stützelementes (4) durch einen Stoß (7) unterbrochen ist und dass die Vertiefung (11) im Bereich des Stoßes (7) trapezförmig oder konkav gekrümmt ausgebildet ist.
  4. Flachrohre nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die die Außenseite des Flachrohres (1) bildende Seite (5c) des Metallbandes (5) und/oder die die Innenseite des Flachrohres (1) bildende Seite (5d) des Metallbandes eine Lotplattierung aufweist.
  5. Flachrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die die Innenseite des Flachrohres (1) bildende Seite (5d) des Metallbandes (5) eine korrosionshemmende Beschichtung, insbesondere eine Schutzplattierung aufweist, wobei die korrosionshemmende Beschichtung insbesondere als Lotplattierung ausgebildet ist.
  6. Flachrohre nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Flachrohr (1) außerhalb der Vertiefungen (10, 11) eine Dicke dt und im Bereich der Vertiefungen (10, 11) eine Dicke di aufweist, wobei di im Bereich von 4t ≤ di ≤ dt- 2t liegt, mit t als Rohrwanddicke.
  7. Flachrohr nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband (5) bzw. die Rohrwand eine Dicke dt und die U-Schenkel (6a, 6b) des U-förmigen Falzes (6) einen Abstand dF voneinander aufweisen, wobei dF im Bereich von 0 ≤ dF ≤ 4t, insbesondere in einem Bereich von 0 ≤ dF ≤ 2t und besonders bevorzugt in einem Bereich von 0 ≤ dF ≤ 1 t liegt.
  8. Flachrohr nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die U-Schenkel (6a, 6b) des U-förmigen Falzes (6) aneinander anliegen (dF = 0) und insbesondere miteinander verlötet sind.
  9. Flachrohr nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die die Innenseite des Flachrohres (1) bildende Seite (5d) des Metallbandes (5) entweder eine Lotplattierung oder eine Lotplattierung mit korrosionshemmender Wirkung oder eine Lotplattierung mit einer zwischen der Lotplattierung und dem Metallband (5) angeordneten Schutzplattierung aufweist.
  10. Flachrohr nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die trapezförmigen Vertiefungen (10, 11) eine innere Weite wi mit folgenden Bemessungsbereichen aufweisen: 0,6 mm ≤ wi ≤ 2,5 mm, insbesondere 1,0 mm ≤ wi ≤2,0 mm.
  11. Flachrohr nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die trapezförmigen Vertiefungen (10, 11) eine äußere Weite wo mit folgenden Bemessungsbereichen aufweisen: wo ≤ 4 mm, insbesondere 2 mm ≤ wo ≤ 2,5 mm.
  12. Flachrohr nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (freie) U-Schenkel (6a) durch den ersten Randbereich (5a) des Metallbandes (5) gebildet ist und eine Umfalzlänge UL aufweist, die variabel ist.
  13. Flachrohr nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfalz- bzw. Schenkellänge uL in folgendem Bereich liegt: uLmax/2 ≤ uL ≤ uLmax, wobei uLmax = wl·
  14. Flachrohr nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste U-Schenkel (21), welcher mit der Vertiefung (23) eine Kontaktstelle bildet, konvex gekrümmt und die Vertiefung (22, 23) im Bereich der Kontaktstelle flach ausgebildet ist.
  15. Flachrohr nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste U-Schenkel (31), welcher mit der Vertiefung (32) eine Kontaktstelle bildet, flach und die Vertiefung (32, 33) im Bereich der Kontaktstelle konkav gekrümmt ausgebildet ist.
  16. Flachrohr nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoß (60, 70) im Bereich der Vertiefung (61, 72) geglättet ist, insbesondere durch eine schräg geschnittene Endkante (60, 70) des Metallbandes.
  17. Wärmeübertrager mit mindestens einem Sammelkasten und einem aus Flachrohren und Rippen bestehenden Rohr/Rippen-Block, wobei die Flachrohre in Längsrichtung verlaufende, als Längssicken ausgebildete Trennelemente und Rohrenden aufweisen, welche in den mindestens einen Sammelkasten münden, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet sind.
  18. Wärmeübertrager nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sammelkasten eine Längstrennwand aufweist, welche die Rohrenden im Bereich der Vertiefungen bzw. Längssicken übergreift und abdichtet.
  19. Wärmeübertrager nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch einen zweiten als Umlenkkasten ausgebildeten Sammelkasten, in welchen die Rohrenden münden.
  20. Wärmeübertrager nach Anspruch 17, 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass er als Wärmeübertrager für Kraftfahrzeuge, insbesondere als Heizkörper oder Kühlmittelkühler ausgebildet und/oder betreibbar ist.
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