EP1923650A1 - Flachrohr, insbesondere für einen Wärmetauscher - Google Patents

Abstract

Flachrohr, insbesondere für einen Wärmetauscher, umfassend einen sich in einer Längsrichtung des Flachrohrs erstreckenden Blechstreifen (1), wobei das Flachrohr durch Biegungen des Blechstreifens (1) um die Längsrichtung ausgeformt ist, wobei das Flachrohr zumindest zwei in einer Tiefenrichtung hintereinander angeordnete Kammern (7, 8) aufweist, wobei zwischen den Kammern (7, 8) zumindest eine durch im Wesentlichen z-förmige Biegung des Blechstreifens ausgebildete Trennwand (4) vorgesehen ist, und wobei ein Endbereich (5, 6) des Blechstreifens (1) an die Trennwand (4) angrenzt, wobei der Blechstreifen (1) zumindest teilweise eine Plattierung (2, 3) aus einem Lotmaterial aufweist.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Flachrohr, insbesondere für einen Wärmetauscher, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Aus dem Bau von Wärmetauschern ist es bekannt, insbesondere aus Aluminium bestehende Flachrohre mit mehreren Kammern zu verwenden, die auf verschiedene Weise herstellbar sind. Bekannt sind Extrusionsverfahren und Verfahren, bei denen ein Blechstreifen oder Blechband zu einem Flachrohr gefaltet wird.
• US 4,633,056 A beschreibt ein Flachrohr für einen Wärmetauscher, bei dem eine z-förmige Faltung eines Blechstreifens eine Trennwand zwischen zwei benachbarten getrennten Kammern des Tauscherrohres ausbildet. Die Enden des z-förmig gefalteten Blechstreifens werden umgeschlagen und stoßen zur Umschließung der Kammern wieder im Bereich der z-förmigen Faltung an. In diesem Anstoßbereich werden die Endbereiche verlötet oder mittels Elektronenstrahl verschweißt. Dies bedeutet einen erheblichen Aufwand bei der Herstellung der Flachrohre.
• Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Flachrohr für einen Wärmetauscher anzugeben, das mechanisch stabil ist und zugleich einfach und kostengünstig herstellbar.
• Diese Aufgabe wird für ein eingangs genanntes Flachrohr erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Plattierung des Blechstreifens mit einem Lotmaterial ist die Verlötung der anstoßenden Enden zu den geschlossenen Kammern des Flachrohres erheblich vereinfacht. Der Blechstreifen muss lediglich zum Flachrohr gebogen werden und kann dann als ganzes, ggf. sogar vormontiert zu einem Wärmetauscher, in einem Lötofen verlötet werden, da die Lötplattierung sich bereits auf dem Wandungsmaterial des Flachrohrs befindet.
• In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Plattierung nur auf einer von zwei gegenüberliegenden Seiten des Blechstreifens angeordnet. Alternativ oder ergänzend ist die Plattierung auf einem in der Längsrichtung streifenförmigen Teilbereich zumindest auf einer Seite des Blechstreifens angeordnet. Insgesamt kann hierdurch je nach Anforderungen sichergestellt werden, dass zum einen nur wenig Lotplattierung verwendet wird und zum anderen die Innenwände der Kammern weitgehend von Lotplattierung freigehalten werden. Besonders bevorzugt beträgt dabei eine Breite des Teilbereichs nicht wesentlich mehr als etwa die Hälfte einer Breite des Blechstreifens. Hierdurch kann ein Flachrohr mit zwei Kammern vorgesehen werden, bei dem die Innenwände der Kammern weitgehend lotfrei sind und eine Lotplattierung nur auf etwas mehr als der Hälfte einer einzigen Seite des Blechstreifens vorliegt. Grundsätzlich ist es im Sinne der Erfindung auch möglich, nur kleine Teilbereiche mit Lot zu plattieren, die im Wesentlichen den späteren Lötstellen entsprechen. Ein solcher partieller Auftrag ist jedoch in der Herstellung aufwendig.
• Allgemein bevorzugt weist eine innere Oberfläche der Kammern weitgehend keine Lotplattierung auf. Eine solche Lotplattierung kann je nach in den Rohren geführtem Fluid eine Kontamination des Fluids bewirken oder ungünstige Eigenschaften auf die Korrosionsfestigkeit des Flachrohrs haben. Dies gilt insbesondere bei sehr dünnen Flachrohrwänden, wie sie zum Zweck der Einsparung von Material und Gewicht insbesondere bei Wärmetauschern für Kraftfahrzeuge Verwendung finden.
• Zudem ist es allgemein vorteilhaft vorgesehen, dass eine äußere Oberfläche des Flachrohrs weitgehend mit dem Lotmaterial plattiert ist. Die äußere Oberfläche kann somit auf einfache Weise mit Rippenblechen oder ähnlichen Elementen verlötet werden oder auch in seinen Endbereichen mit einem Bodenblech des Wärmetauschers.
• Zur Verbesserung der Lebensdauer des Flachrohres kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Blechstreifen eine Beschichtung mit einem von dem Lotmaterial verschiedenen, korrosionshemmenden Material aufweist. Ein solches korrosionshemmendes Material kann z. B. eine Beschichtung auf Basis von Zink sein. Grundsätzlich kann eine solche korrosionshemmende Beschichtung auch auf der Lotplattierung aufgebracht sein, was jedoch häufig eine Verringerung der Wirksamkeit der Schutzbeschichtung bedeutet. Besonders vorteilhaft ist daher die Schutzbeschichtung in Bereichen aufgebracht, in denen keine Lotplattierung vorliegt, insbesondere im Bereich der inneren Oberflächen der Kammern des Flachrohrs.
• Hinsichtlich der Bemaßungen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Flachrohrs ist vorgesehen, dass eine Breite des Flachrohrs im wesentlichen durch die z-förmige Faltung bestimmt ist und zwischen etwa 0,5 mm und etwa 10 mm, besonders bevorzugt zwischen etwa 0,8 mm und etwa 4 mm, beträgt. Die Dicke des Blechstreifens beträgt dabei bevorzugt zwischen etwa 0,1 mm und etwa 2 mm und besonders bevorzugt zwischen etwa 0,15 mm und etwa 0,6 mm. Eine Tiefe des Flachrohrs in der Tiefenrichtung beträgt vorteilhaft zwischen etwa 6 mm und etwa 100 mm, besonders bevorzugt zwischen etwa 10 mm und etwa 50 mm. Ein Durchmesser einer der Kammern in der Tiefenrichtung beträgt vorteilhaft zwischen etwa 3 mm und etwa 50 mm und besonders bevorzugt zwischen etwa 5 mm und etwa 25 mm. Solche Maße sind insbesondere im Bau von Wärmetauschern von Kraftfahrzeugen üblich.
• Allgemein vorteilhaft ist es vorgesehen, dass das Flachrohr eine gerade Anzahl von Kammern aufweist. Bei einer solchen Ausbildung lässt sich eine besonders einfache und effektive Verfaltung des Blechstreifens unter Verwendung von z-förmigen Faltungen zur Bereitstellung von Trennwänden zwischen benachbarten Kammern realisieren. Bei einer ersten besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt die Anzahl der Kammern dabei genau zwei. Bei einer alternativen Ausführungsform beträgt die Anzahl der Kammern genau vier.
• Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
• Nachfolgend werden mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Flachrohrs beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1

zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Flachrohrs, wobei drei Schritte einer Herstellung gezeigt sind.

Fig. 2

zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Flachrohrs.

Fig. 3

zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Flachrohrs.

Fig. 4

zeigt eine Abwandlung des Flachrohrs aus Fig. 3.

Fig. 5

zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Wärmetauschers mit erfindungsgemäßen Flachrohren.

Fig. 6

zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Flachrohrs mit vier Kammern.

Fig. 7

zeigt eine schematische Schnittansicht eines Wärmetauschers mit Flachrohren gemäß dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 6.

• Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Flachrohrs, das aus einem Blechstreifen 1 auf Basis einer Aluminiumlegierung hergestellt ist. Der Blechstreifen 1 hat einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt. Eine Längsrichtung des Blechstreifens bzw. des Flachrohrs verläuft senkrecht zur Zeichnungsebene nach Fig. 1.
• Der Blechstreifen 1 ist auf jeder seiner gegenüberliegenden Seiten vollständig mit einer Lotplattierung 2, 3 beschichtet. Zur Herstellung des Flachrohrs aus dem Blechstreifen 1 wird zunächst eine z-förmige Faltung 4 im mittleren Bereich des Blechstreifens 1 vorgenommen. Die Höhe der Faltung 4 bestimmt dabei im Wesentlichen die Breite des fertigen Flachrohrs. Nachfolgend werden linksseitige und rechtsseitige Endbereiche 5, 6 des Blechstreifens 1 um 90° gefaltet, wobei die Längen der Endbereiche 5, 6 nicht größer sind als die Höhe der z-förmigen Faltung 4. Die Bereiche des Blechstreifens links und rechts der Faltung 4 werden zur Ausbildung zweier geschlossener Kammern 7, 8 des Flachrohrs um 180° umgeschlagen. Dabei berühren die abgewinkelten Endbereiche 5, 6 mit ihren Außenflächen jeweils die Trennwand 4 an deren gegenüberliegenden Seiten. Das so vorgefaltete Flachrohr (siehe untere Darstellung in Fig. 1) wird nachfolgend in einen Lötofen verbracht, wobei durch Schmelzen der Lotplattierungen die Endbereiche 5, 6 jeweils mit der Trennwand 4 fest verlötet werden. Hierdurch werden die Kammern 7, 8 dicht und druckfest verschlossen.
• Die Höhe der umgebogenen Endbereich 5, 6 ist jeweils etwa kleiner als die Höhe der Trennwand 4. Hierdurch wird die Breite des Flachrohrs nicht durch die Endbereiche bestimmt, was im Licht der Maßtoleranzen der Breite des Blechstreifens vorteilhaft ist.
• Bei der Ausführung nach Fig. 1 sind gemäß der beidseitig und vollständig vorliegenden Lotplattierung die Innenflächen der Kammern mit Lotplattierung beschichtet. Dies kann je nach Anwendungen Nachteile mit sich bringen und bedingt neben höheren Kosten ggf. eine verringerte Korrosionsresistenz. Erfahrungen haben gezeigt, dass übliche Lotplattierungen von Aluminium-Flachrohren trotz des Zink-Gehalts der Plattierungen einen Lochfraß oder auch eine Korrosion im Ansatzbereich eines Bodenteils nicht verhindern. Die Aufbringung einer zusätzlichen Korrosionsschutzschicht auf eine bestehende Lotplattierung ist dabei oft unzureichend. Im Interesse eines optimalen Korrosionsschutzes sollten daher kritische Bereiche des Blechs unmittelbar mit der Schutzschicht belegbar sein.
• Bei einer verbesserten Ausführungsform gemäß Fig. 2 sind daher die Innenflächen der Kammern 7, 8 nicht mit Lotplattierung versehen, sondern Lotplattierung liegt lediglich in dem eng begrenzten Bereich der Verbindung der Endbereiche 5, 6 mit der Trennwand 4 vor. Dies wird dadurch erreicht, dass die Lotplattierung 2 nur auf einer Seite des Blechstreifens 1 aufgebracht ist. Auf dieser einen Seite reicht die Lotplattierung 2 nur von einem seitlichen Ende bis etwas über die Mitte des Blechstreifens 1 (siehe obere Darstellung in Fig. 2). Hierdurch wird die z-förmige Faltung 4 auf einer Seite noch mit Lotplattierung versehen und zudem hat eines der beiden Enden 6 auf einer Seite Lotplattierung. Das andere umgebogene Ende 5 des Blechstreifens 1 weist keinerlei Lotplattierung auf und wird im fertig gebogenen Zustand mit der einseitigen Lotplattierung der Faltung 4 verlötet. Insgesamt kann somit ein Flachrohr mit zwei Kammern 7, 8 gefaltet werden, bei dem innenseitig der Kammern 7, 8 keine Lotplattierung vorliegt und außenseitig eine Lotplattierung nur auf einer Kammer 8 vorliegt.
• Eine Korrosionsschutzschicht ist in keinem der gezeigten Ausführungsbeispiele explizit dargestellt. Besonders zweckmäßig kann sie je nach Anforderungen an den Stellen vorgesehen werden, an denen der Blechstreifen 1 nicht mit Lotplattierung belegt ist.
• Falls es gewünscht ist, dass Lotplattierung auf der gesamten Außenfläche des Flachrohrs vorliegt, beispielsweise zur besseren Verbindung mit Rippenblechen oder anderen Bauteilen des Wärmetauschers, so kann die Lotplattierung wie im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 auf beiden gegenüberliegenden Seiten des Blechstreifens 1 aufgebracht werden, wobei die jeweilige Lotplattierung auf einer Seite nur bis etwa zur Mitte des Blechstreifens 1 reicht. Hierdurch ist der Blechstreifen an jeder Stelle nur auf einer Seite mit Lot plattiert, wobei an dieser Stelle die gegenüberliegende Seite nicht mit Lot plattiert ist (siehe obere Darstellung in Fig. 3). Gemäß der in Fig. 3 dargestellten und zuvor beschriebenen Verfaltung des Blechstreifens wird ein Flachrohr bereitgestellt, das auf seiner gesamten Außenfläche Lotplattierung aufweist und wobei die gesamte Innenfläche der Kammern 7, 8 frei von Lotplattierung ist. Eine bevorzugte Weiterbildung des Ausführungsbeispiels aus Fig. 3 ist in Fig. 4 dargestellt. Um einen Überschuss an Lotplattierung im Bereich der Anbindung der Endbereiche 5, 6 an die Trennwand 4 zu vermeiden wird im mittleren Bereich des Blechstreifens 1 auf keiner der beiden Seiten eine Lotplattierung vorgesehen. Dieser beidseitig nicht mit Lotplattierung belegte Bereich 1 a des Blechstreifens 1 entspricht in seiner Breite etwa der z-förmigen Faltung 4 (siehe mittlere Darstellung in Fig. 4). Die Lotplattierung die einem Verlöten der Endbereiche 5, 6 mit dem zentralen Faltungsbereich 4 dient, liegt jeweils auf den Endbereichen 5, 6 vor. Eine "doppelte" Lotplattierung im Anlagebereich wie im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist somit vermieden.
• Fig. 5 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Wärmetauschers mit Flachrohren nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele. Die Flachrohre haben jeweils zwei in Tiefenrichtung des Wärmetauschers hintereinander angeordnete Kammern 7, 8 und zwischen zwei benachbarten Flachrohren sind jeweils Rippenelemente 9 vorgesehen. Das Rippenelement 9 dient einer Vergrößerung der Kontaktfläche mit dem in Tiefenrichtung an den Flachrohren vorbeiströmenden Fluid, das Wärme von dem in den Flachrohren geführten Fluid aufnimmt oder in dieses abgibt. Zur Verbesserung der Wärmeleitung zwischen den Flachrohren 7 und den Rippenelementen 9 sind die Rippenelemente 9 zweckmäßig mit der Oberfläche der Flachrohre 7 verlötet. Hierzu dient auf bevorzugter Weise die an den Außenflächen der Flachrohre vorgesehene Lotplattierung.
• Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Flachrohrs, bei dem vier separate Kammern in Tiefenrichtung hintereinander angeordnet sind. Hierzu wird der Blechstreifen 1, der in der Darstellung nach Fig. 6 ohne Lotplattierung gezeigt ist, mit insgesamt drei z-förmigen Faltungen 4a, 4b, 4c versehen, die in ihrer Faltungsrichtung alternieren. Wie in den zuvor beschriebenen Beispielen werden die seitlichen Endbereiche 5, 6 des Blechstreifens 1 abgewinkelt und auf jeder Seite wird ein ausreichend langer Überstand des Blechstreifens umgelegt. Die Endbereiche 5, 6 stoßen dabei jeweils an die äußeren der Faltungen 4a, 4c an und werden mit diesen verlötet. Konstruktiv bedingt haben zwei Kammern 7a, 8a der insgesamt vier Kammern des Flachrohrs eine doppelte Wandung. Um Druckfestigkeit und die Abdichtung der Kammern untereinander zu gewährleisten, sind diese Wandungen im Bereich ihrer gegenseitigen Anlage zweckmäßig miteinander verlötet. Hierzu kann der gesamte Blechstreifen 1 eine entsprechende Lotplattierung aufweisen oder auch eine nur selektiv in den betreffenden Bereichen vorgesehene Lotplattierung.
• Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung eines Wärmetauschers mit den Vierkammer-Flachrohren gemäß Fig. 6. Wie ein Vergleich der konstruktiven Schemata der Zweikammer-Flachrohre (Fig. 1) und der Vierkammer-Flachrohre nach Fig. 6 zeigt, haben erfindungsgemäße Flachrohre bevorzugt eine gerade Anzahl von Kammern, wodurch die Faltung des Blechstreifens vereinfacht ist und insbesondere auf sickenartige Faltungen zur Herstellung von Trennwänden verzichtet werden kann.

Claims (14)

1. Flachrohr, insbesondere für einen Wärmetauscher, umfassend
   einen sich in einer Längsrichtung des Flachrohrs erstreckenden Blechstreifen (1), wobei das Flachrohr durch Biegungen des Blechstreifens (1) um die Längsrichtung ausgeformt ist,
   wobei das Flachrohr zumindest zwei in einer Tiefenrichtung hintereinander angeordnete Kammern (7, 8) aufweist,
   wobei zwischen den Kammern (7, 8) zumindest eine durch im Wesentlichen z-förmige Biegung des Blechstreifens ausgebildete Trennwand (4) vorgesehen ist, und
   wobei ein Endbereich (5, 6) des Blechstreifens (1) an die Trennwand (4) angrenzt,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass der Blechstreifen (1) zumindest teilweise eine Plattierung (2, 3) aus einem Lotmaterial aufweist.
2. Flachrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattierung (2, 3) nur auf einer von zwei gegenüberliegenden Seiten des Blechstreifens (1) angeordnet ist.
3. Flachrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattierung (2, 3) in einem in der Längsrichtung streifenförmigen Teilbereich zumindest auf einer Seite des Blechstreifens (1) angeordnet ist.
4. Flachrohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breite des Teilbereichs nicht wesentlich mehr als etwa die Hälfte einer Breite des Blechstreifens (1) beträgt.
5. Flachrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine innere Oberfläche der Kammern (7, 8) weitgehend keine Lotplattierung aufweist.
6. Flachrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine äußere Oberfläche des Flachrohrs weitgehend mit dem Lotmaterial plattiert ist.
7. Flachrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Blechstreifen (1) eine Beschichtung mit einem von dem Lotmaterial verschiedenen, korrosionshemmenden Material aufweist.
8. Flachrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breite des Flachrohrs im Wesentlichen durch die z-förmige Faltung (4) bestimmt ist und zwischen etwa 0,5 mm und etwa 10 mm, insbesondere zwischen etwa 0,8 mm und etwa 4 mm, beträgt.
9. Flachrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke des Blechsteitens (1) zwischen etwa 0,1 mm und etwa 2 mm, insbesondere zwischen etwa 0,15 mm und etwa 0,6 mm, beträgt.
10. Flachrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Tiefe des Flachrohrs in der Tiefenrichtung zwischen etwa 6 mm und etwa 100 mm, insbesondere zwischen etwa 10 mm und etwa 50 mm, beträgt.
11. Flachrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser einer Kammer (7, 8) in der Tiefenrichtung zwischen etwa 3 mm und etwa 50 mm, insbesondere zwischen etwa 5 mm und etwa 25 mm, beträgt.
12. Flachrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flachrohr eine gerade Anzahl von Kammern (7, 8, 7a, 8a) aufweist.
13. Flachrohr nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Kammern (7, 8) genau zwei ist.
14. Flachrohr nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Kammern (7, 7a, 8, 8a) genau vier ist.

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