EP2122290A1 - Wärmetauscher zum wärmetausch zwischen einem ersten fluid und einem zweiten fluid - Google Patents

Wärmetauscher zum wärmetausch zwischen einem ersten fluid und einem zweiten fluid

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EP2122290A1
EP2122290A1 EP07856501A EP07856501A EP2122290A1 EP 2122290 A1 EP2122290 A1 EP 2122290A1 EP 07856501 A EP07856501 A EP 07856501A EP 07856501 A EP07856501 A EP 07856501A EP 2122290 A1 EP2122290 A1 EP 2122290A1
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EP
European Patent Office
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heat exchanger
pipe
exchanger according
region
distance value
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EP07856501A
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EP2122290B1 (de
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Hermann Knaus
Christian Saumweber
Markus Reck
Claus Augenstein
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Mahle Behr GmbH and Co KG
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Behr GmbH and Co KG
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Publication of EP2122290B1 publication Critical patent/EP2122290B1/de
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/04—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates
    • F28F9/16—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling
    • F28F9/18—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling by welding
    • F28F9/182—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling by welding the heat-exchange conduits having ends with a particular shape, e.g. deformed; the heat-exchange conduits or end plates having supplementary joining means, e.g. abutments
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0219—Arrangements for sealing end plates into casing or header box; Header box sub-elements
    • F28F9/0224—Header boxes formed by sealing end plates into covers
    • 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
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/008—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
    • F28D2021/0082—Charged air coolers
    • 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
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
    • F28D21/0003—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases

Definitions

  • Heat exchanger for heat exchange between a first fluid and a second fluid
  • the invention relates to a heat exchanger for heat exchange between a first fluid, in particular a charge air or an exhaust gas, and a second fluid, in particular a coolant, comprising: a block for separate and heat exchanging guidance of the first and second fluid, the one or more Having flowed through the first fluid flow channels; at least one box associated with the block, which is in fluid communication with the flow channels; and at least one bottom provided with one or more through holes for passage of the flow channels between the block and the box; wherein at least one flow channel in the form of a flat tube is formed with a narrow pipe side and a pipe broadside.
  • the invention further relates to the use of such a heat exchanger as a charge air cooler for the direct or indirect cooling of charge air in a charge air supply system for an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • Heat exchangers are usually constructed, in particular in the case of the mobile application mentioned at the outset, as pipe-corrugated fin systems and, in particular, in the case mentioned of a particularly high stochastic pressure and pressure Exposed to thermal cycling.
  • the mentioned alternating stresses are decisive for the life of a heat exchanger.
  • the thermal cycling is in a heat exchanger of the type mentioned above due to the resulting in the region of the tube ends particularly high mechanical stress amplitudes dominating the load. It has been shown that within the block there is practically always an inhomogeneous temperature distribution with one of these directly associated inhomogeneous distribution of thermal expansions; the latter results in a tension of the BIOCK. In this case, thermal expansion differences within the block can not only occur in a tube longitudinal direction, but generally also exist transversely thereto.
  • GB 169,855 discloses a passage with a collar, which has a tooth-shaped contour formed by tongues at its end facing away from a bottom plate, in which a pipe end is held flexible and resilient.
  • the tongues mentioned serve a local extension of the passage in order to take into account any sudden change in cross section of a pipe.
  • the invention begins, whose object is to provide a heat exchanger in which the durability is improved.
  • a distance value at least at a transition between the tube narrow side and the tube broad side is so smaller than a distance value at the tube broad side, that stresses in the region of the transition are reduced.
  • a change in the distance value is continuous.
  • the stresses in the region of the transition can be reduced in particular by the fact that the distance value in the entire transition region between the pipe narrow side and the pipe broadside is minimal.
  • the distance value is at most minimal in partial regions of the transition between the smallest and largest diameter of the oval passage opening.
  • the distance value increases, so that the passages there have higher stiffnesses and accordingly induce stresses in the oval tubes, which impair their durability.
  • the invention is based on the consideration that the bending deformations caused by expansion differences in the block are particularly strong in the area of a pipe-to-floor connection or a pipe-box connection and correspondingly lead to high mechanical stresses there.
  • the invention has recognized that it is possible to determine the highest stresses along the pipe circumference, specifically in the region of the transition between the pipe narrow side and the pipe broad side.
  • the invention is based on the recognition that a reduction, in particular minimization, of the stresses, especially in the region of the transition, leads to an increase in the service life of the heat exchanger.
  • the concept of the invention provides that a distance value at least at a transition between the tube narrow side and the tube broad side is so smaller than a distance value at the tube broad side, that stresses in the region of the transition are reduced.
  • a change in the distance value is continuous, so that stress concentrations are reduced or avoided by notch effects.
  • One according to the knowledge of the invention especially In the transition region occurring stress is taken into account by the targeted reduction of the distance value at the transition according to the concept of the invention.
  • the concept of the invention rather provides, in a controlled manner, for reducing the load on the transition as a region of particularly high tension. Above all, it is achieved by the concept of the invention that said high voltage is displaced into a region of low stress, for example in the side region of a pipe.
  • a floor or a box according to the concept of the invention can also be produced at a much reduced cost in comparison with the prior art and substantially improve the process reliability when collecting radiator networks.
  • the durability of a heat exchanger is improved according to the concept of the invention.
  • the advantages mentioned have resulted in particular in brazed heat exchangers. Nevertheless, the concept of the invention has proven to be effective also in welded, glued or advantageously joined heat exchangers.
  • the concept has proven particularly advantageous in the case of a block in which the flow channels are accommodated by a chamber through which the second fluid can flow.
  • the concept according to the invention can be applied with regard to a box having a lid, the lid being fixed to the floor.
  • the Concept of the invention is also advantageous with respect to a floor integrally formed with the box. In such an integral, in particular one-piece construction of floor and box, shaping of the unit in the course of production can be carried out particularly advantageously by means of a hydroforming process.
  • a passage opening is formed as a passage, in particular as a passage with a collar, preferably with a collar oriented towards the block.
  • This type of soil has proven to be particularly easy to produce.
  • the floor is substantially flat and / or said plane substantially indicates the floor level.
  • it has the passage opening at least one, from a to Rohrachchsraum substantially vertical ground plane arched away and at a distance from said bottom plane extending boundary contour.
  • the distance value can be represented as required with regard to the expected stresses in the region of the transition according to the concept of the invention.
  • the distance value is also lower in the region of the pipe narrow side, in particular constant, than in the region of the pipe broadside. This leads to a particularly effective displacement of the stresses occurring at the transition in the region of a pipe broadside.
  • a contour curve of the limiting contour is a function of a circumferential dimension of the passage opening.
  • a dimension of a passage opening in particular a length of a passage opening-corresponding to the pipe width side-and / or a width of a passage opening-corresponding to a pipe narrow side-can serve.
  • the concept of the invention provides that the polynomial function is formed in such a way that stresses in the region of the transition are reduced, preferably minimized. It has been found that a course curve in the form of a polar function of at least the second degree is advantageous. Thus, at the transition, a change in the distance value according to the concept of the invention may be continuous.
  • the degree of polynomial function is less than 5, that is, the polynomial function has no more than 4 extremes.
  • the distance value in the region of the pipe width side preferably exactly, assumes a maximum value, preferably in the middle of the pipe broadside. This results in a particularly large voltage displacement moment.
  • exactly one minimum value can be assumed by a distance value in the region of a pipe width side, in particular in the middle of the pipe broadside.
  • the distance value in this case has exactly two maxima on one side, in particular between the middle of the page and the transition to the pipe narrow side.
  • the maximum value of the distance value can be determined depending on the expected voltage load.
  • Maximum values in the range of 0.5 to 1, 0 times the clear width are particularly advantageous here.
  • different variants of limiting contours can be combined in a through opening.
  • a first variant of a boundary contour can have exactly one maximum value of a distance value
  • a second variant of a boundary contour has exactly one minimum value of a distance value or a constant value of a distance value.
  • a first variant of a limiting contour can have exactly one minimum value of a distance value
  • the second variant of a limiting contour can have a constant value of a distance value
  • the concept of the invention is particularly effective for corner tubes and / or for tubes arranged in an edge area of a block.
  • a flow channel preferably has a heat-conducting element in the form of an inner rib mounted on a channel inside, in particular a soldered one, and / or a heat-conducting element in the form of an outer rib attached to a channel outside, in particular a soldered outer rib.
  • the ribs are also called corrugated ribs.
  • the block may further comprise a flow guide, in particular a turbulence device.
  • the invention leads in a particularly preferred manner to a heat exchanger in the form of a direct or indirect charge air heat exchanger, in particular special cooler or in the form of an exhaust gas heat exchanger, in particular radiator.
  • the concept of the present invention can be used within the scope of the use of the heat exchanger of the type described above for an internal combustion engine of a motor vehicle, that is quite generally in the mobile sector.
  • An overall boundary contour of the passage opening or passage openings is preferably kink-free at least in the entire transitional area between a pipe narrow side and a pipe broadside. This avoids that stresses are increased by notch effects.
  • the overall boundary contour in the region of the tube broadside can be substantially trapezoidal.
  • Such passage openings are particularly easy to manufacture.
  • corresponding heat exchangers have a high durability and good Kassetier Kings.
  • Flanks with a pitch angle in the range of 5 ° to 75 °, in particular in the range of 10 ° to 60 ° and especially in the range of 15 ° to 45 °, have proved to be particularly favorable. They represent an optimal compromise between a sufficient support of the flow channels and a reduction of the induced voltages in these.
  • the distance value of the total boundary contour to a plane substantially perpendicular to the tube axis direction along the circumference of the passage opening generally represents a function y (x) of a coordinate x in the circumferential direction of the passage opening. Both for manufacturing and strength-theoretical reasons, it has proven to be particularly favorable if this function y (x) is defined in sections, wherein for each section k:
  • these orders may differ in the different sections. For example, straight or oblique sections that correspond to polynomials zero and first degree, respectively, can alternate with sections of higher degree. Conversely, it has proved to be favorable that the polynomials each have at most the fifth degree, since otherwise the boundary contour becomes wavy.
  • the functions defined in sections proceed continuously at the section boundaries, preferably one or more times continuously differentiable into one another, as is the case, for example, with cubic or B-splines.
  • x 'de notes in the usual way the ite power of x, Xo k the coordinate at the beginning of a section k and Xi k the coordinate at the end of the section k.
  • the coefficients a, k , b ik , c ⁇ j k , ⁇ ik are constant and predetermined for each section k.
  • some or all of the coefficients of the polynomial or Fourier component in one or more sections may be identically zero, that is to say in particular that the function may also be a pure polynomial function or pure Fourier series at least in sections.
  • Flat tubes of a heat exchanger may for example have a substantially rectangular or oval cross-section.
  • the narrow sides of the tube can be curved and the tube broad sides straight.
  • a corner or a corner radius where the narrow side of the tube and the broad side of the tube meet, is referred to as the transition region between the narrow side of the tube and the broad side of the tube.
  • the transition region may in particular denote the region in which the pipe narrow side and pipe wide side approach one another perpendicular to their respective extent direction.
  • essentially the area between the smallest and the largest diameter or, preferably, the area can be regarded as a transitional area in which the diameter is less than 80% of the largest and greater than 120% of the smallest diameter is.
  • an insertion bevel for simplified insertion of the flat tube is provided in the region of the boundary contour.
  • a contact surface for surface soldering to the flat tube is provided in the region of the boundary contour. This will be the Total soldering improved and significantly reduced by defective solder joints.
  • a draft having the boundary contour projects inwardly toward the box from the ground.
  • Such orientation of the passage is particularly well suited to be combined in the sense of a simple production with an integrated or one-piece design of floor and box.
  • Fig. 1 the example of a floor with a passage in a heat exchanger according to the prior art
  • Fig. 2 the example of a floor with a passage according to the concept of the invention in a particularly preferred embodiment of a heat exchanger
  • FIG. 3 is a perspective view of a box with bottom and inserted flat tubes in a heat exchanger according to the particularly preferred embodiment shown in Figure 2.
  • FIG. 4A shows the example of a comparison calculation of a stress distribution in a passage according to FIG. 1 (view A) in comparison with FIG. 2 (view B), wherein the passages are shown;
  • Fig. 4B the example of Fig. 4A without passages.
  • FIG. 5 shows another example of a floor with a modified embodiment of a pull-through according to a further preferred embodiment of a heat exchanger
  • FIG. 6 shows another example of a floor with a modified embodiment of a pull-through in a further preferred embodiment of a heat exchanger
  • Fig. 7 an example of a curved bottom in a heat exchanger according to an alternative preferred embodiment of the invention.
  • Fig. 8 is another example of a curved bottom which is presently integral with a box in an alternative preferred embodiment of a heat exchanger
  • FIG. 9 shows another example of a floor with a modified embodiment of a pull-through according to another preferred embodiment
  • FIG. 10 shows a further example of a floor according to a further embodiment of a heat exchanger according to the invention.
  • FIG. 11 shows a further example of a floor according to a further embodiment of a heat exchanger according to the invention.
  • a heat exchanger according to the concept of the invention is realized according to a preferred embodiment in the form of a charge air cooler for direct charge air cooling and serves for heat exchange between a charge air and a coolant, preferably air.
  • the heat exchanger comprises a block comprising a radiator network for the separate heat exchanging guidance of the charge air and the coolant.
  • the block has a number of flow channels through which charge air can flow, which additionally have a heat-conducting element in the form of an inner rib attached to a channel inside and a heat-conducting element in the form of an outer rib attached to a channel outside.
  • Such usually consisting of an alternating superposition of pipes and heat-transmitting corrugated fins arrangement is also referred to as a radiator network.
  • a box fluidly connected to the flow channels is associated with the block, and a bottom between the block and the box is provided with one or more through holes for passage of the flow channels between the block and the box.
  • a so-called passage with the cooler net oriented collar 17 '- as shown in Fig. 1 - can be used especially for mobile applications such as the discussed intercooler for commercial vehicles.
  • Bodenüberstandes - given as half the difference between tube depth t and depth T - are advantageously used to increase the internal pressure cycle resistance.
  • One possibility for reducing the stresses in the region of the transition 27 'from the narrow pipe side 13 to the pipe broadside 15 can be achieved according to the concept of the invention by exemplifying at the transition 27' - as illustrated by way of example in FIG FIG.
  • 4B demonstrates that, between the narrow side 13 of the pipe and the width of the pipe broadside 15, a distance value is selected that is less than a distance value 25 on the pipe broadside 15, that (4A, 4B, view A) in the region of the transition 27 ', 27 are reduced (see in comparison Fig. 4A, Fig. 4B, view B).
  • FIG. 3 shows the lid 5 of the box 3, wherein the lid 5 is fixed to the said bottom 1.
  • the bottom provides a plurality of through openings 7, which are designated in more detail in FIG. 2, and which are provided for the passage of the flow channels between the block 9 and the box 3 which are not illustrated.
  • flow channels in the form of flat tubes 11 are formed, wherein a flat tube 11 has a narrow side tube 13 and a pipe broad side 15.
  • a base 1 with a plurality of passage openings 7, each in the form of a passage for receiving a tube 11, which houses the block 9 with the collection boxes 3 arranged on both sides of the block 9 - of which only one is shown here - connect.
  • FIG. 7 An alternative embodiment of a tube sheet is shown in Fig. 7 and a box is shown in Fig. 8, which will be described below.
  • a flat tube 11 is formed as a rectangular tube.
  • the cross-section of a tube may be varied.
  • a cross section may be approximately rectangular, approximately oval or, for example, a rectangular cross section with a curved narrow side.
  • the tube bottom 1 shown again in FIG. 2 in view A in perspective and in view B as a section has the passage opening 7 in the form of a passage with a collar 17 oriented toward the block 9.
  • the collar 17 of the passage opening 7 is toward the block 9 through a limiting contour 19 is limited, wherein the limiting contour 19 is curved away from a direction substantially perpendicular to the Rohrachscardi 21 level 23 and extends at a distance 25 to said plane 23.
  • the distance 25 is the maximum distance formed corresponding to the passage opening length t in the middle of the pipe broad side 15. In the embodiment shown in FIG. 2, the distance 25 thus assumes exactly one maximum value as the maximum distance 25 in the area of the pipe broadside 15.
  • the distance value at the transition 27 between the narrow side 13 of the pipe and the broad side 15 of the pipe is so smaller than a distance value 25 on the pipe broad side 15 that stresses in the region of the transition 27 are reduced.
  • a change in the distance value 25 runs continuously on the tube broad side 15 and in the transition 27.
  • the pipe run in the form of the collar present locally, starting from the transition 27, is continuously increased in such a way that the maximum stress at the transition 27 is minimized.
  • FIG. 2 results in the stress distribution shown in view B of FIGS. 4A, 4B graphically as a result of a finite element calculation for the lower tube section.
  • Fig. 4A shows the result with bottom 1, 1 ', Fig. 4B without.
  • the stress distribution in view B is the result of the contour curve of the limiting contour 19 designed for minimizing the stress distribution, specifically the minimization of the stress in the region of the transition 27.
  • FIGS. 4A, 4B clearly show that the stresses in FIG Area of the transition 27 - there around the trajectory of the boundary contour 19 around - prevail, while they are comparatively small in the range of the maximum distance 25. Above all, FIGS.
  • FIG. 4A, 4B show in view B that, by a design of the contour curve of the limiting contour 19, the stress distribution in comparison to a prior art embodiment in view A, as shown in FIG. 1, minimize.
  • this is achieved by a circular arc-like boundary contour 19, the - or the distance values - at the transition 27 continuously decreasing in the peripheral region along the narrow pipe side 13 - ie the region of the width of the through hole 7 - enters.
  • a contour progression adapted to the specific stress distribution can be achieved by an overall circumferential change of the distance values, thereby minimizing the stress.
  • FIG. 2 view A, that a distance value along the width of the passage opening 7 is likewise smaller than a distance value 25 on the tube broad side 15. This circumstance was included in the calculations as shown in Figs. 4A, 4B, View B.
  • y a nk . X 01 Va n R -1 . x ⁇ k "1 ... + ai. x + b.
  • the mentioned parameters are adapted such that the maximum distance 25 between the course of the distance contour 19 and the ground plane 23 is in the range between 0.2 times to 1.5 times the clear width of the passage opening 7 ,
  • the width h is shown by way of example in FIG. 1, view A.
  • Fig. 5 shows a varied embodiment according to the concept of the present invention.
  • a through opening 7 on opposite sides 31, 33 has different variants of limiting contours 19A, 19B.
  • a first variant of a limiting contour 19A corresponds to that discussed in FIG. 2, which has exactly one maximum value of a distance value 25.
  • a second variant of a limiting contour 19B has a constant value of a deviation. current value, which is below that of the distance value 25 and substantially corresponds to that of the pipe narrow side 13.
  • At the transition 27 between the narrow pipe side 13 and the pipe broad side 15 of the distance value 25 is again such a smaller than a distance value on the pipe broadside 15 that stresses in the region of the transition 27 are reduced.
  • a change in the distance value 25 on the tube broad side 15 and at the transition 27 is continuous.
  • FIG. 6 shows yet another variant embodiment of a base 1 with a passage opening 7, in which different variants of limiting contours 19C, 19D are provided on opposite sides 31, 33.
  • the first variant 19C is similar to that described in FIG. 2, but has no continuous change of the distance value 25 at the junction 27.
  • the second variant of the limiting contour 19D has exactly one minimum value of a distance value, namely in the center 35 of the tube broadside 15.
  • the second variant of the limiting contour 19D has exactly two maxima 37A, 37B on one side 33, namely between the center of the page 35 and the transition 27. This also allows a significant reduction in the distribution of stress can be achieved.
  • a limiting contour 19A, 19D thus has a one-sided design of a limiting contour 19A, 19D according to the concept of the invention.
  • the limiting contour 19B shown in Fig. 5 could also be replaced by a limiting contour 19D in another embodiment.
  • the limiting contour 19C shown in Fig. 6 could also be replaced by a limiting contour 19a.
  • FIGS. 1, 2, 3, 5 and 6 have a passage with collar 17 oriented toward the block 9.
  • the draft is also referred to as an "inverted draft".
  • Characteristic of the geometry of the passage is that a collar 17 "outwards", that is oriented towards the block 9 out.
  • an arched boundary contour 19, 19A, 19B, 19C, 19D is provided here, ie a boundary contour which does not run parallel to the ground plane 23. Rather, a distance value 25 of the boundary contour 19 of the respective passage 17 from the floor plane of the floor 1 is a function of a circumferential coordinate X, in the present case the longitudinal coordinate of the tube broadside 15.
  • the curve of the limiting contour 19 is in turn a function of the longitudinal coordinate X (FIG ). Characteristic of the passage 17 is further that the distance 25 of the collar 17 from the ground plane 23 between the passages in the region of the transition 27 between the narrow pipe side 13 and pipe broadside 15, ie continuously decreasing in the region of the "corner radii" of the passages is and the maximum distance 25 along the broad side 15, in the present case in the middle of the same, but generally anywhere along the broad side 15 - depending on the voltage field to be reduced - comes to rest. The middle of the broad side 15 is generally advantageous.
  • the curve shape of the limiting contour 19 shown in the exemplary embodiment of FIG. 2 is characterized by a local maximum of the distance 25 from the ground plane 23 between the passages.
  • FIG. 7 shows an alternative realization of the concept of the invention in the context of an embodiment which provides a curved bottom 41 for a flat tube 11.
  • the through-opening 7 has a limiting contour 19E, 19F curved away from a plane 23 substantially perpendicular to the tube axis direction 21 and extending at a distance from said plane 23, which faces on opposite sides 31, 33 a tube longitudinal side 15 is identical as a contour of the total circularly formed tube sheet.
  • FIG. 8 shows a further embodiment of a base 51 which is particularly easy to produce and which is presently formed integrally with an air box 53 for a flat tube 11.
  • Varying embodiments as in FIG. 5 or FIG. 6, can therefore also be provided only along a single tube broad side 15 with a passage in the form of a collar according to the concept of the invention.
  • a passage can be seen in FIG. 6, in which the contour curve characterizing the boundary contour has more than one local maximum.
  • Fig. 7 shows a, as explained, curved bottom 1, in which the previously described with respect to bending load advantageous curve in the ground itself is realized.
  • the embodiment shown in FIG. 8, in which a box 53 and a bottom 51 form an integral component also acts.
  • FIG. 9 shows, in a corresponding manner, another variant of a bottom 1 with through-opening 7, which is shown in FIG Design corresponding features are designated by the same reference numerals, so that will be discussed below only on the differences from this embodiment.
  • FIG. 9 has an overall boundary contour 19, which, as clearly visible in view B of FIG. 9, is essentially trapezoidal in the region of the tube broad side 15.
  • the contour 19 runs essentially parallel to the plane 23 perpendicular to the pipe axis direction 21, so that a distance y (x) between the contour 19 and the boundary line in this section is represented by a zero-degree polynomial Coordinate x is described in the circumferential direction.
  • the contour 19 in each case continuously differentiable merges into a sinusoidal course and runs out of this again continuously differentiable into a likewise substantially parallel to the plane 23 section extending over a part of a pipe broadside, the whole adjoining pipe narrow side and a part of the opposite other pipe broad side, so that the distance value y (x) in this entire section and so that it is minimal, especially in the entire transitional area between the pipe narrow side and the pipe wide side.
  • a continuously differentiable transition is understood to mean a transition between functions with the same pitch angle.
  • the flanks 100 of the essentially trapezoidal boundary contour 19 formed by the sinusoidal sections have, on average, a lead angle ⁇ of approximately 20 °.
  • the distance 101 between the Transition region 27 and the maximum value of the distance value 25 corresponds in the embodiment of the clear height h of the passage.
  • Fig. 10 shows another embodiment which is a modification of the embodiment of Fig. 9.
  • the boundary contour 19 is not visible, but shown as a dashed line.
  • the bordering in the lateral plan view of the passage and the boundary contour 19 slightly projecting edge 102 is not a limiting contour in the context of the invention, but an outer edge of an insertion bevel 103, which is provided for better replaceability of the exchanger tubes in the course of production of the heat exchanger.
  • the insertion bevel 103 has the boundary contour 19 as the lower boundary in the direction of insertion of the tubes and forms a surface or phase inclined outwardly away from the tube, the outer boundary of which is the edge 102.
  • Such an insertion bevel 103 may be conveniently provided in any of the above and below described embodiments of the invention in the form shown or similar.
  • the contact line of the passage is to be understood, with which the passage abuts against the pipe wall and is soldered.
  • this boundary contour 19 which touches the exchanger tube, the introduction of force from the exchanger tube into the ground, for example due to thermal expansion, is thus decisively influenced.
  • a contact surface 104 of the limiting contour 19 as it is generally known from the design of conventional passages for heat exchangers.
  • Such a contact surface 104 may be provided as required in each of the embodiments described above and below.
  • a width of the contact surface 104 may be expedient over the course of the limiting contour 19 vary, depending on which local forces are to be expected in the soldered state during operation at the respective position.
  • the width of the contact surface can be designed differently depending on the position, in order to ensure a reliable distribution of the solder during the soldering process, even at critical points.
  • the reference plane 23 oriented perpendicular to the tube axis is positioned at the level of the end of the exchanger tube 15 inserted into the passage.
  • the geometric shape of the limiting contour 19 of the embodiment of FIG. 10 corresponds to that of the embodiment of FIG. 9 described above.
  • Fig. 11 shows a further embodiment of the invention, in which a bottom 1 has a passage 105 projecting inwardly away from the block.
  • the passage initially has an insertion bevel 103, which is particularly wide in order to simplify the introduction of the exchanger tubes, in particular in the regions of the short sides.
  • the end of the insertion bevel 103 is formed by a delimiting contour 19, which contacts the tube wall of an inserted exchanger tube in a contacting manner.
  • the boundary contour has an area 27 in the vicinity of the Ü Transition from the long sides of the passage to the short sides, in which a distance value from a reference plane (not shown) is steadily monotonically smaller.
  • the reference plane is perpendicular to the tube axis through the end of the tube inserted into the passage.
  • the boundary contour 19 is adjoined by a contact surface 104, which extends from the limiting contour 19 in the direction of the tube end and enables improved surface soldering of the passage to the tube.
  • the floor shown in Fig. 11 may be a section of an integrated, in particular one-piece design of floor and box.
  • the integrated unit can be made of box and floor by means of a hydroforming process.
  • a blank in a first step, a blank can be processed by means of hydroforming, after which the passages 105 are injected from the outside in a second step.
  • the passages project inwardly.
  • FIG. 12 shows a modification of the embodiment from FIG. 11, in which there is likewise an inwardly directed passage 105 with an insertion bevel 103, a boundary contour 19 formed according to the invention and a contact surface 104 adjoining the boundary contour 19.
  • the passage is not arranged in a flat region of the base 1, but extends through two bends 107.
  • the bends 107 of the base cover the inclined regions 27 of the limiting contour 19 and also correspond in their direction Angle these areas.27.
  • the bends 107 support the rigidity and compressive strength of the soil.
  • the bottom of the example of Fig. 12 is particularly suitable for being formed as an integral one-piece unit with a box and can be made in the same manner as described above.
  • a heat exchanger for heat exchange between a first fluid, in particular a charge air or an exhaust gas, and a second fluid, in particular a coolant, specified, comprising: a block 9 for the separate and heat exchanging leadership of the first and second fluid, which block 9 has a number of flow channels through which the first fluid can flow; at least one box 3 associated with the block 9, which is fluidly connected to the flow channels; and at least one floor 1 provided with one or more through holes 7 for passage of the flow channels between the block 9 and the box 3; wherein a flow channel in the form of a flat tube 11 is formed with a pipe narrow side 13 and a pipe broadside 15, and wherein the through hole 7 at least one, of a pipe axis 21 substantially perpendicular to the plane 23 curved away and at a distance 25 to said plane extending boundary contour 19th having.
  • the invention provides a distance value at least at a transition 27 between the pipe narrow side 13 and the pipe broadside 15 is such that a distance at the pipe broadside 15 is such that stresses in the region of the transition 27 are reduced, at least at the pipe broad side 15) and at the transition 27 a change of the distance value is continuous.

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Abstract

Es wird ein Wärmetauscher zum Wärmetauschen zwischen einem ersten Fluid, insbesondere einer Ladeluft oder einem Abgas, und einem zweiten Fluid, insbesondere einem Kühlmittel, angegeben, welcher aufweist: einen Block (9) zur voneinander getrennten und wärmetauschenden Führung des ersten und zweiten Fluids, welcher Block (9) eine Anzahl von dem ersten Fluid durchströmbarer Strömungskanäle aufweist; mindestens ein dem Block (9) zugeordneten Kasten (3), welcher mit den Strömungskanälen strömungsverbunden ist; und mindestens einen Boden (1), der mit einer oder mit mehreren Durchgangsöffnungen (7) zur Durchführung der Strömungskanäle zwischen dem Block (9) und dem Kasten (3) versehen ist; wobei ein Strömungskanal in Form eines Flachrohres (11 ) mit einer Rohrschmalseite (13) und einer Rohrbreitseite (15) gebildet ist, und wobei die Durchgangsöffnung (7) mindestens eine, von einer zur Rohrachsrichtung (21 ) im Wesentlichen senkrechten Ebene (23) weg gewölbte und in Abstand (25) zu der genannten Ebene verlaufende Begrenzungskontur (19) aufweist. Um Spannungen im Bereich des Übergangs von der Rohrschmalseite (17) zur Rohrbreitseite (15) zu minimieren, sieht die Erfindung vor, dass ein Abstandswert wenigstens an einem Übergang (27) zwischen der Rohrschmalseite (13) und der Rohrbreitseite (15) derart geringer als ein Abstandswert an der Rohrbreitseite (15) ist, dass Spannungen im Bereich des Übergangs (27) verringert sind, wobei mindestens an der Rohrbreitseite (15) und im Übergang (27) eine Änderung des Abstandswertes kontinuierlich ist.

Description

Wärmetauscher zum Wärmetausch zwischen einem ersten Fluid und einem zweiten Fluid
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zum Wärmetausch zwischen ei- nem ersten Fluid, insbesondere einer Ladeluft oder einem Abgas, und einem zweiten Fluid, insbesondere einem Kühlmittel, aufweisend: einen Block zu voneinander getrennten und wärmetauschenden Führung des ersten und zweiten Fluids, der einen oder mehrere von dem ersten Fluid durchströmbare Strömungskanäle aufweist; mindestens einen dem Block zugeordneten Kas- ten, welcher mit den Strömungskanälen strömungsverbunden ist; und mindestens einen Boden, der mit einer oder mit mehreren Durchgangsöffnungen zur Durchführung der Strömungskanäle zwischen dem Block und dem Kasten versehen ist; wobei wenigstens ein Strömungskanal in Form eines Flachrohres mit einer Rohrschmalseite und einer Rohrbreitseite gebildet ist. Die Erfindung betrifft weiter die Verwendung eines solchen Wärmetauschers als Ladeluftkühler zur direkten oder indirekten Kühlung von Ladeluft in einem Ladeluftzuführsystem für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
Wärmetauscher sind insbesondere bei der eingangs genannten mobilen An- wendung zumeist als Rohr-Wellrippen-Systeme aufgebaut und insbesondere in dem genannten Fall einer besonders hohen stochastischen Druck- und Temperaturwechselbeanspruchung ausgesetzt. Die genannten Wechselbeanspruchungen sind maßgeblich für die Lebensdauer eines Wärmetauschers. Insbesondere die Temperaturwechselbeanspruchung ist bei einem Wärmetauscher der eingangs genannten Art aufgrund der sich im Bereich der Rohrenden ergebenden besonders hohen mechanischen Spannungsamplituden die dominierende Belastungsart. Es hat sich gezeigt, dass es innerhalb des Blockes praktisch immer zu einer inhomogenen Temperaturverteilung mit einer dieser direkt zugeordneten inhomogenen Verteilung von Wärmedehnungen kommt; letzteres resultiert in einer Verspannung des BIo- ckes. Hierbei können Wärmedehnungsunterschiede innerhalb des Blockes nicht nur in einer Rohrlängsrichtung auftreten, sondern existieren in der Regel auch quer dazu.
Grundsätzlich ist es, beispielsweise aus GB 169,855, bekannt, Rohrenden bei einem Wärmetauscher in einem Durchzug zu halten. Dazu offenbart GB 169,855 einen Durchzug mit einem Kragen, welcher an seinem von einer Bodenplatte abgewendeten Ende eine durch Zungen gebildete zahnförmige Kontur aufweist, in welcher ein Rohrende flexibel und federnd gehalten ist. Die genannten Zungen dienen einer lokalen Verlängerung des Durchzugs, um einer etwaigen plötzlich auftretenden Querschnittsänderung eines Rohres Rechnung zu tragen. Zwar lässt sich dadurch eine flexiblere und nachgiebigere Halterung von Rohren im Bereich des Durchzugs erreichen - letzteres führt jedoch lediglich zu einer pauschalen Entlastung einer Rohr-Boden- Verbindung, ohne den konkreten Spannungen im Bereich der Rohr-Boden- Verbindung entgegenzuwirken.
Desgleichen sind in DE 33 16 960, US 4,150,556 und JP 11051592 A weitere Möglichkeiten eines Durchzugs mit stufenartiger, abschnittsweise geradlinig verlaufender Kragenkontur zur Aufnahme eines Flachrohres angegeben, welche wiederum nur eine pauschale mechanische Verbesserung der Halterung für ein Flachrohr erreichen können. In DE 39 10 357 A1 ist ein Durchzug offenbart, der zur Aufnahme eines Wärmetauscherrohres bestimmte hochgestellte Kragen mit ovalem Querschnitt aufweist. Zur Vermeidung von Rissen im Kragen, insbesondere bei großen Verhältnissen des größten Durchmessers zum kleinsten Durchmessers desselben, weist der Kragen im Bereich seiner kleinen Radien eine kleinere Höhe als im Bereich seiner größeren Radien auf. Dadurch soll das Einreißen des Kragens weitgehend ausgeschaltet werden, ohne dass dadurch eine wesentliche Leistungsverminderung des dort ebenfalls beschriebenen Wärmetauschers in Kauf genommen werden müsste. Auch dort ist eine im Wesentlichen stufenartige, abschnittsweise geradlinig verlaufende Kragenkontur vorgeschlagen, wobei eine Kragenhöhe auch in Übergangsbereichen zwischen dem kleinsten und dem größten Radius des ovalen Kragens zunimmt, wie insbesondere die Fig. 4, 7 und 9 der DE 39 10 357 A1 zeigen. Ein solcher Wärmetauscher ist insbesondere hinsichtlich der bei einem Innen- druckwechsel und/oder Temperaturwechsel auftretenden Probleme infolge der zug- und biegeverursachenden Spannungen verbesserungswϋrdig.
Wünschenswert wäre es, die Dauerhaltbarkeit bei einem Wärmetauscher der eingangs genannten Art zu verbessern.
An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, einen Wärmetauscher anzugeben, bei dem die Dauerhaltbarkeit verbessert ist.
Die Aufgabe wird durch einen Wärmetauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 2 gelöst.
Bei einem Wärmetauscher nach der vorliegenden Erfindung ist ein Abstandswert wenigstens an einem Übergang zwischen der Rohrschmalseite und der Rohrbreitseite derart geringer als ein Abstandswert an der Rohrbreitseite, dass Spannungen im Bereich des Übergangs verringert sind. Vorteil- hafterweise ist dabei mindestens an der Rohrbreitseite und im Übergang eine Änderung des Abstandswertes kontinuierlich.
Die Spannungen im Bereich des Überganges können insbesondere dadurch verringert werden, dass der Abstandswert im gesamten Übergangsbereich zwischen der Rohrschmalseite und der Rohrbreitseite minimal ist. Bei den in der DE 39 10 357 A1 vorgeschlagenen Wärmetauschern ist der Abstandswert höchstens in Teilbereichen des Überganges zwischen kleinstem und größtem Durchmesser der ovalen Durchgangsöffnung minimal. In den übri- gen Übergangsbereichen nimmt der Abstandswert hingegen zu, so dass die Durchzüge dort höhere Steifigkeiten aufweisen und dementsprechend Spannungen in den ovalen Rohren induzieren, die deren Dauerhaltbarkeit beeinträchtigen.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass die durch Dehnungsunterschiede im Block hervorgerufenen Biegedeformationen besonders stark im Bereich einer Rohr-Boden-Verbindung bzw. einer Rohr-Kasten-Verbindung sind und entsprechend besonders dort zu hohen mechanischen Spannungen führen. Dabei hat die Erfindung erkannt, dass sich die höchsten Spannungen entlang des Rohrumfangs feststellen lassen, und zwar im Bereich des Übergangs zwischen der Rohrschmalseite und der Rohrbreitseite. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass eine Verringerung, insbesondere Minimierung, der Spannungen speziell im Bereich des Übergangs zu einer Vergrößerung der Lebensdauer des Wärmeübertauschers führt. Demgemäß sieht das Konzept der Erfindung vor, dass ein Abstandswert wenigstens an einem Ü- bergang zwischen der Rohrschmalseite und der Rohrbreitseite derart geringer als ein Abstandswert an der Rohrbreitseite ist, dass Spannungen im Bereich des Übergangs verringert sind. Vorteilhaft ist dabei mindestens an der Rohrbreitseite und am Übergang eine Änderung des Abstandswerts kontinu- ierlich, so dass Spannungskonzentrationen durch Kerbwirkungen verringert oder vermieden werden. Einer gemäß der Erkenntnis der Erfindung vor allem im Übergangsbereich auftretenden Spannung wird durch die gezielte Verminderung des Abstandswerts am Übergang gemäß dem Konzept der Erfindung Rechnung getragen. Im Unterschied zu dem im Stand der Technik dargestellten Ansatz einer lediglich pauschalen Entlastung des gesamten Rohr- Boden-Verbindungsbereichs, sieht das Konzept der Erfindung vielmehr vor, in kontrollierter Weise, die Belastung des Übergangs als Bereich besonders hoher Spannung zu verringern. Vor allem wird durch das Konzept der Erfindung erreicht, dass die genannte hohe Spannung in einen Bereich niedriger Spannung verlagert wird, beispielsweise in den Seitenbereich eines Rohres.
Hieraus ergibt sich vorteilhaft eine einfachere Geometrie einer Durchgangsöffnung. Bevorzugt lässt sich ein Boden bzw. ein Kasten gemäß dem Konzept der Erfindung auch mit sehr viel verringertem Aufwand im Vergleich zum Stand der Technik herstellen und die Prozesssicherheit beim Kassetieren von Kühlernetzen wesentlich verbessern. Insgesamt ist die Dauerhaltbarkeit eines Wärmetauschers gemäß dem Konzept der Erfindung verbessert. Die genannten Vorteile haben sich insbesondere bei gelöteten Wärmetauschern ergeben. Gleichwohl hat sich das Konzept der Erfindung auch bei geschweißten, geklebten oder in weiterer vorteilhafter Weise gefügten Wärme- tauschern als wirksam erwiesen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept der Erfindung im Rahmen der Aufgabenstellung, sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
Als besonders vorteilhaft hat sich das Konzept bei einem Block erwiesen, in welchem die Strömungskanäle durch eine von dem zweiten Fluid durchströmbare Kammer aufgenommen sind. Darüber hinaus kann das Konzept gemäß der Erfindung im Hinblick auf einen Kasten Anwendung finden, welcher einen Deckel aufweist, wobei der Deckel am Boden festgelegt ist. Das Konzept der Erfindung ist auch bezüglich eines integral mit dem Kasten gebildeten Bodens vorteilhaft. Bei einer solchen integralen, insbesondere einstückigen Ausbildung von Boden und Kasten kann eine Formgebung der Einheit im Zuge der Herstellung besonders günstig durch ein Innenhoch- druck-Umformverfahren erfolgen.
Vorzugsweise bei einem mit einem Deckel gebildeten Kasten ist eine Durchgangsöffnung als ein Durchzug gebildet, insbesondere als ein Durchzug mit einem Kragen, vorzugsweise mit einem zum Block hin orientierten Kragen. Diese Art eines Bodens hat sich als besonders leicht herstellbar erwiesen.
Vorzugsweise ist der Boden im wesentlichen flach ausgebildet und/oder die genannte Ebene bezeichnet im Wesentlichen die Bodenebene. Mit anderen Worten, es weist die Durchgangsöffnung mindestens eine, von einer zur Rohrachsrichtung im Wesentlichen senkrechten Bodenebene weg gewölbte und in Abstand zu der genannten Bodenebene verlaufende Begrenzungskontur auf.
Der Abstandswert lässt sich je nach Bedarf im Hinblick auf die zu erwarten- den Spannungen im Bereich des Übergangs gemäß dem Konzept der Erfindung darstellen.
Vorzugsweise ist der Abstandswert, ausgehend von der Rohrbreitseite, erstmals im Übergang zwischen der Rohrschmalseite und der Rohrbreitseite, geringer als in dem Bereich der Rohrbreitseite. Vorzugsweise ist der Abstandswert auch im Bereich der Rohrschmalseite geringer, insbesondere konstant, als im Bereich der Rohrbreitseite. Dies führt zu einer besonders effektiven Verlagerung der am Übergang auftretenden Spannungen in den Bereich einer Rohrbreitseite. Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Verlaufskurve der Begrenzungskontur eine Funktion einer umfänglichen Abmessungen der Durchgangsöffnung ist. Als Abmessung einer Durchgangsöffnung kann insbesondere eine Länge einer Durch- gangsöffnung - entsprechend der Rohrbreitseite - und/oder eine Breite einer Durchgangsöffnung - entsprechend einer Rohrschmalseite - dienen. Das Konzept der Erfindung sieht vor, dass die Polynomfunktion derart gebildet ist, dass Spannungen im Bereich des Übergangs verringert, vorzugsweise minimiert, sind. Es hat sich gezeigt, dass eine Verlaufskurve in Form einer PoIy- nomfunktion mindestens des zweiten Grades vorteilhaft ist. Damit kann am Übergang eine Änderung des Abstandswertes gemäß dem Konzept der Erfindung kontinuierlich sein. Vorzugsweise liegt der Grad der Polynomfunktion unterhalb von 5, das heißt die Polynomfunktion hat nicht mehr als 4 Extrema.
Konkret können unterschiedlichste Begrenzungskonturen gemäß dem Konzept der Erfindung zur lokalen Verringerung der Spannungen im Bereich des Übergangs dienen. Vorzugsweise nimmt der Abstandswert im Bereich der Rohrbreitseite, bevorzugt genau, einen Maximalwert an, vorzugsweise in der Mitte der Rohrbreitseite. Dadurch ergibt sich ein besonders großes Span- nungsverlagerungsmoment. In einer weiteren Weiterbildung kann im Bereich einer Rohrbreitseite genau ein Minimalwert durch einen Abstandswert angenommen werden, insbesondere in der Mitte der Rohrbreitseite. Mit anderen Worten, hat der Abstandswert in diesem Fall genau zwei Maxima auf einer Seite, insbesondere jeweils zwischen der Seitenmitte und dem Übergang zur Rohrschmalseite. Darüber hinaus kann der Maximalwert des Abstands wertes je nach zu erwartender Spannungsbelastung festgelegt werden. Vorzugsweise liegt ein Maximalwert des Abstandswerts im Bereich des 0,2- bis 1 ,5- fachen der lichten Breite der Durchgangsöffnung - entsprechend der Rohrschmalseite. Besonders vorteilhaft sind hier Maximalwerte im Bereich des 0,5- bis 1 , 0-fachen der lichten Breite. Darϋber hinaus können unterschiedliche Varianten von Begrenzungskonturen bei einer Durchgangsöffnung kombiniert werden. Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist eine Durchgangsöffnung auf gegenüberliegenden Seiten unterschiedliche Varianten von Begrenzungskonturen auf. Beispielsweise kann eine erste Variante einer Begrenzungskontur genau einen Maximalwert eines Abstandswertes aufweisen, während eine zweite Variante einer Begrenzungskontur genau einen Minimalwert eines Abstandswerts aufweist oder einen konstanten Wert eines Abstandswertes. Darüber hinaus kann eine erste Variante einer Begrenzungskontur genau einen Mini- malwert eines Abstandswertes aufweisen und die zweite Variante einer Begrenzungskontur einen konstanten Wert eines Abstandswertes aufweisen. Derartige asymmetrische Ausbildungen einer Durchgangsöffnung haben sich als vorteilhaft erwiesen, wenn auch die zu erwartende Spannungsbelastung eine Asymmetrie aufweist.
So hat sich beispielsweise gezeigt, dass das Konzept der Erfindung besonders wirksam für Eckrohre und/oder für in einem Randbereich eines Blockes angeordnete Rohre ist.
Die Erfindung hat sich als besonders vorteilhaft hinsichtlich von Wärmetauschern als so genannte Rohr-Wellrippen-Systeme erwiesen. Vorzugsweise weist dazu ein Strömungskanal ein Wärmeleitelement in Form einer an einer Kanalinnenseite angebrachten, insbesondere angelöteten Innenrippe und/oder ein Wärmeleitelement in Form einer an einer Kanalaußenseite an- gebrachten, insbesondere angelöteten Außenrippe auf. Die Rippen werden auch als Wellrippen bezeichnet. Vorzugsweise kann der Block darüber hinaus eine Strömungsleiteinrichtung, insbesondere eine Turbulenzeinrichtung aufweisen.
Die Erfindung führt in besonders bevorzugter Weise auf einen Wärmetauscher in Form eines direkten oder indirekten Ladeluftwärmetauschers, insbe- sondere Kühlers oder in Form eines Abgas-Wärmetauschers, insbesondere Kühlers.
In besonders bevorzugter Weise lässt sich das Konzept der vorliegenden Erfindung im Rahmen der Verwendung des Wärmetauschers der oben beschriebenen Art für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, also ganz allgemein im mobilen Bereich, einsetzen.
Bevorzugt ist eine Gesamtbegrenzungskontur der Durchgangsöffnung bzw. Durchgangsöffnungen wenigstens im gesamten Übergangsbereich zwischen einer Rohrschmalseite und einer Rohrbreitseite knickfrei. Damit wird vermieden, dass Spannungen durch Kerbwirkungen erhöht werden.
Vorteilhafterweise kann die Gesamtbegrenzungskontur im Bereich der Rohr- breitseite im Wesentlichen trapezförmig ausgebildet sein. Solche Durchgangsöffnungen sind besonders einfach herzustellen. Darüberhinaus weisen entsprechende Wärmetauscher eine hohe Dauerhaltbarkeit sowie eine gute Kassetierbarkeit auf.
Als besonders günstig haben sich dabei Flanken mit einem Steigungswinkel im Bereich von 5° bis 75°, insbesondere im Bereich von 10° bis 60° und ganz besonders im Bereich von 15° bis 45° erwiesen. Sie stellen einen optimalen Kompromiss zwischen einer ausreichenden Abstützung der Strömungskanäle und einer Reduzierung der in diesen induzierten Spannungen dar.
Der Abstandswert der Gesamtbegrenzungskontur zu einer zur Rohrachsrichtung im wesentlichen senkrechten Ebene stellt längs des Umfanges der Durchgangsöffnung allgemein eine Funktion y(x) einer Koordinate x in Um- fangsrichtung der Durchgangsöffnung dar. Sowohl aus fertigungstechnischen als auch aus festigkeitstheoretischen Gründen hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn diese Funktion y(x) abschnittsweise definiert ist, wobei für jeden Abschnitt k gilt:
y(x) = ∑i=onk [a^x1 + bik sin(cθik«x + φik)] <=» X0K < x < Xik
Dabei bezeichnet ∑i=o nk in üblicher Weise die Summe von i = 0 bis nk und nk die Ordnung des Polynoms im Abschnitt k. Vorteilhafterweise können sich diese Ordnungen in den verschiedenen Abschnitten unterscheiden. So kön- nen gerade bzw. schräge Abschnitte, die Polynomen nullten bzw. ersten Grades entsprechen, mit Abschnitten höheren Grades abwechseln. Umgekehrt hat es sich als günstig erwiesen, dass die Polynome jeweils höchstens den fünften Grad aufweisen, da ansonsten die Begrenzungskontur zu wellig wird.
Besonders vorteilhaft gehen die abschnittsweise definierten Funktionen an den Abschnittsgrenzen stetig, bevorzugt ein- oder mehrfach stetig differenzierbar ineinander über, wie dies beispielsweise bei kubischen oder B- Splines der Fall ist.
x' bezeichnet in üblicher Weise die ite Potenz von x, Xok die Koordinate am Beginn eines Abschnittes k und Xik die Koordinate am Ende des Abschnittes k. Die Koeffizienten a,k, bik, cθjk, φik sind konstant und für jeden Abschnitt k vorgegeben.
Dabei stellt der Term ∑i=o nk blk sin(ω;k«x + φik) eine Fourier-Reihe nk-ten Grades dar, durch die vorteilhaft sanfte, knickfreie Konturen angenähert werden können. Natürlich können einige oder alle Koeffizienten des Polynom- oder des Fou- rier-Anteils in einem oder mehreren Abschnitten identisch null sein, insbesondere also die Funktion wenigstens abschnittsweise auch eine reine Polynomfunktion bzw. reine Fourierreihe sein.
Flachrohre eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers können beispielsweise einen im Wesentlichen rechteckigen oder ovalen Querschnitt aufweisen. Gleichermaßen können beispielsweise die Rohrschmalseiten gekrümmt und die Rohrbreitseiten gerade sein.
Bei Flachrohren mit im Wesentlichen rechteckigem Querschnitt wird als Ü- bergangsbereich zwischen Rohrschmalseite und Rohrbreitseite insbesondere eine Ecke bzw. ein Eckradius bezeichnet, wo Rohrschmalseite und Rohrbreitseite einander treffen. Bei gekrümmten Rohrschmal- und/oder Rohrbreit- seiten kann der Übergangsbereich insbesondere den Bereich bezeichnen, in dem sich Rohrschmal- und Rohrbreitseite einander senkrecht zu ihrer jeweiligen Erstreckungsrichtung annähern. So kann bei einem Flachrohren mit im Wesentlichen ovalen Querschnitt im Wesentlichen der Bereich zwischen dem kleinsten und dem größten Durchmesser oder, bevorzugt, der Bereich als Übergangsbereich betrachtet werden, in dem der Durchmesser geringer als 80% des größten und größer als 120% des kleinsten Durchmessers ist.
Während sich die Erfindung als besonderes nützlich zur Verwendung des Wärmetauschers gemäß der oben beschriebenen Art erweist und in diesem Sinne zu verstehen und während die Erfindung im Folgenden im Detail anhand von Beispielen aus dem mobilen Bereich beschrieben ist, so versteht sich, dass die vorliegende Erfindung ebenfalls nützlich im Rahmen von nicht mobilen Anwendungen ist oder bei Anwendungen im mobilen Bereich, die hier vorliegend nicht konkret beschrieben sind und welche außerhalb der hier explizit genannten Bereiche liegen. Beispielsweise kann das vorgestellte Konzept ebenso Anwendung finden für einen Wärmetauscher als Zuheizer zur Innenraumerwärmung eines Kraftfahrzeugs oder als Ölkühler, insbesondere zur Kühlung von Motoröl und/oder Getriebeöl, oder als Kältemittelkühler oder Kältemittelkondensator in einem Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht maßgeblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend Form und Details einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der vorstehenden Be- Schreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder Details der im Folgenden gezeigten und beschriebenen Ausführungsform. Bei angegebenen Bemes- sungsbereichen sind ausschließlich auch alle innerhalb der genannten Grenzen liegenden Werte als Grenzwerte offenbart und beansprucht.
In vorteilhafter Detailgestaltung der Erfindung ist im Bereich der Begrenzungskontur eine Einführschräge zum vereinfachten Einsetzen des Flachroh- res vorgesehen. Durch solche Einführschrägen, die von Durchzügen nach dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt sind, kann das Einsetzen des Tauscherrohrs vereinfacht und insbesondere eine Beschädigung der Begrenzungskontur im Zuge des Einsetzens vermieden werden.
Weiterhin vorteilhaft ist im Bereich der Begrenzungskontur eine Berührfläche zur flächigen Verlötung mit dem Flachrohr vorgesehen. Hierdurch wird die Verlötung insgesamt verbessert und Ausschuss durch fehlerhafte Lötstellen deutlich verringert.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung springt ein die Begrenzungskontur aufweisender Durchzug vom Boden ausgehend nach innen zum Kasten hin vor. Eine solche Orientierung des Durchzugs ist besonders gut geeignet, im Sinne einer einfachen Herstellung mit einer integrierten oder einstückigen Ausführung von Boden und Kasten kombiniert zu werden. Zur weiter vereinfachten Herstellung der Durchzüge mit erfindungs- gemäßer Begrenzungskontur ist es dabei vorteilhaft vorgesehen, dass der Durchzug in einem Endbereich eine Abwinkelung des Bodens übergreift.
Zum weiteren Verständnis der Erfindung werden nun in Bezug auf die Figuren der Zeichnung bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 : das Beispiel eines Bodens mit einem Durchzug bei einem Wärmetauscher gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2: das Beispiel eines Bodens mit einem Durchzug gemäß dem Konzept der Erfindung bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform eines Wärmetauschers;
Fig. 3: eine perspektivische Darstellung eines Kastens mit Boden und eingesetzten Flachrohren bei einem Wärmetauscher gemäß der in Fig. 2 gezeigten besonders bevorzugten Ausführungsform;
Fig. 4A: das Beispiel einer Vergleichsberechnung einer Spannungsverteilung bei einem Durchzug gemäß Fig. 1 (Ansicht A) im Vergleich zu Fig. 2 (Ansicht B), wobei die Durchzüge gezeigt sind; Fig. 4B: das Beispiel von Fig. 4A ohne Durchzüge.
Fig. 5: ein weiteres Beispiel eines Bodens mit einer abgewandelten Ausführung eines Durchzugs gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines Wärmetauschers;
Fig. 6: ein weiteres Beispiel eines Bodens mit einer abgewandelten Ausführung eines Durchzugs bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines Wärmetauschers;
Fig. 7: ein Beispiel eines gekrümmten Bodens bei einem Wärmetauscher gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 8: ein weiteres Beispiel eines gekrümmten Bodens, welcher vorliegend integral mit einem Kasten bei einer alternativen bevorzugten Ausführungsform eines Wärmetauschers gebildet ist;
Fig. 9: ein weiteres Beispiel eines Bodens mit einer abgewandelten Aus- führung eines Durchzugs gemäß einer weiteren bevorzugten
Ausfϋhrungsform eines Wärmetauschers;
Fig. 10: ein weiteres Beispiel eines Bodens gemäß einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers;
Fig. 11 : ein weiteres Beispiel eines Bodens gemäß einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers; und
Fig. 12: ein weiteres Beispiel eines Bodens gemäß einer weiteren Aus- führungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers. Ein Wärmetauscher gemäß dem Konzept der Erfindung ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in Form eines Ladeluftkühlers zur direkten Ladeluftkühlung realisiert und dient zum Wärmetausch zwischen einer Ladeluft und einem Kühlmittel, vorzugsweise Luft. Dazu weist der Wärmetauscher einen ein Kühlernetz umfassenden Block zur voneinander getrennten wärmetauschenden Führung der Ladeluft und des Kühlmittels auf. Der Block hat dazu eine Anzahl mit Ladeluft durchströmbarer Strömungskanäle, welche zusätzlich ein Wärmeleitelement in Form einer an einer Kanalinnenseite angebrachten Innenrippe und ein Wärmeleitelement in Form einer an einer Ka- nalaußenseite angebrachten Außenrippe aufweisen. Eine solche in der Regel aus einer wechselnden Übereinanderanordnung von Rohren und wärmeübertragenden Wellrippen bestehende Anordnung wird auch als Kühlernetz bezeichnet. Ein mit den Strömungskanälen strömungsverbundener Kasten ist dem Block zugeordnet, wobei ein Boden zwischen dem Block und dem Kas- ten mit einer oder mit mehreren Durchgangsöffnungen zur Durchführung der Strömungskanäle zwischen dem Block und dem Kasten versehen ist.
Ein so genannter Durchzug mit zum Kühlernetz orientierten Kragen 17' - wie er in Fig. 1 gezeigt ist - kann vor allem für mobile Anwendungen wie dem diskutierten Ladeluftkühler für Nutzfahrzeuge eingesetzt werden. Grundsätzlich kann hierdurch die im Stand der Technik bekannte Verbesserung des Kraftschlusses durch Reduzierung des sog. Bodenüberstandes - angegeben als halbe Differenz zwischen Rohrtiefe t und Bodentiefe T - vorteilhaft zur Steigerung der Innendruckwechselfestigkeit genutzt werden. Eine Möglich- keit zur Reduzierung der Spannungen im Bereich des Übergangs 27' von der Rohrschmalseite 13 zur Rohrbreitseite 15 lässt sich gemäß dem Konzept der Erfindung dadurch erreichen, dass am Übergang 27' - wie in Fig. 2 beispielhaft erläutert und anhand von Fig. 4A, Fig. 4B demonstriert - zwischen der Rohrschmalseite 13 und der Rohrbreitseite 15 ein Abstandswert derart gerin- ger als ein Abstandswert 25 an der Rohrbreitseite 15 gewählt ist, dass Span- nungen (Fig. 4A, Fig. 4B, Ansicht A) im Bereich des Übergangs 27', 27 verringert sind (siehe im Vergleich Fig. 4A, Fig. 4B, Ansicht B).
Dementsprechend ist eine Anordnung eines nicht näher dargestellten Wär- metauschers 10 gemäß dem Konzept der Erfindung in Fig. 3 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Fig. 3 zeigt dazu den Deckel 5 des Kastens 3, wobei der Deckel 5 am genannten Boden 1 festgelegt ist. Der Boden sieht mehrere in Fig. 2 näher bezeichnete Durchgangsöffnungen 7 vor, welche zur Durchführung der Strömungskanäle zwischen dem nicht weiters dargestellten Block 9 und dem Kasten 3 vorgesehen sind. Wie in Fig. 3 zu erkennen, sind Strömungskanäle in Form von Flachrohren 11 gebildet, wobei ein Flachrohr 11 eine Rohrschmalseite 13 und eine Rohrbreitseite 15 aufweist. Bei der Ausführungsform der Fig. 2 und Fig. 3 ist an den Rohrenden der Rohre 11 ein Boden 1 mit mehreren Durchgangsöffnungen 7 jeweils in Form eines Durchzugs zur Aufnahme eines Rohres 11 angeordnet, die den Block 9 mit den beidseits des Blockes 9 angeordneten Sammelkästen 3 - von denen hier nur einer gezeigt ist - verbinden.
Ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Rohrbodens ist in Fig. 7 und eines Kastens ist in Fig. 8 gezeigt, welche weiter unten beschrieben werden.
Bei allen Ausführungsformen sind Flachrohre vorgesehen. Vorliegend ist ein Flachrohr 11 als Rechteckrohr ausgebildet. Darüber hinaus kann in einer anderen Ausführungsform der Querschnitt eines Rohres variiert sein. So kann ein Querschnitt annähernd rechteckig sein, annähernd oval oder beispielsweise auch ein rechteckiger Querschnitt mit gekrümmter Schmalseite sein.
Der in Fig. 2 in Ansicht A perspektivisch und in Ansicht B als Schnitt nochmals dargestellte Rohrboden 1 weist die Durchgangsöffnung 7 in Form eines Durchzuges mit einem zum Block 9 orientierten Kragen 17 auf. Der Kragen 17 der Durchgangsöffnung 7 ist zum Block 9 hin durch eine Begrenzungs- kontur 19 begrenzt, wobei die Begrenzungskontur 19 von einer zur Rohrachsrichtung 21 im Wesentlichen senkrechten Ebene 23 weg gewölbt ist und in Abstand 25 zu der genannten Ebene 23 verläuft. Der Abstand 25 ist in der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform vorliegend der entsprechend der Durchgangsöffnungslänge t in der Mitte der Rohrbreitseite 15 gebildete Maximalabstand. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform nimmt der Abstand 25 somit im Bereich der Rohrbreitseite 15 genau einen Maximalwert als Maximalabstand 25 an.
Gemäß dem Konzept der Erfindung ist der Abstandswert am Übergang 27 zwischen der Rohrschmalseite 13 und der Rohrbreitseite 15 derart geringer als ein Abstandswert 25 an der Rohrbreitseite 15, dass Spannungen im Bereich des Übergangs 27 verringert sind. Wie in Fig. 2, Ansicht A, besser zu erkennen, ist auch vorgesehen, dass an der Rohrbreitseite 15 und im Über- gang 27 eine Änderung des Abstandswertes 25 kontinuierlich verläuft. Mit anderen Worten, es wird der Rohrdurchzug in Form des Kragens vorliegend lokal, vom Übergang 27 ausgehend, kontinuierlich derart erhöht, dass die Maximalspannung am Übergang 27 minimiert ist.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform hat die in Ansicht B von Fig. 4A, Fig. 4B grafisch, als Ergebnis einer Finite-Elemente-Berechnung für den unteren Rohrabschnitt wiedergegebene Spannungsverteilung zur Folge. Fig. 4A zeigt das Ergebnis mit Boden 1 , 1', Fig. 4B ohne. Die Spannungsverteilung in Ansicht B ist das Ergebnis der hinsichtlich der Minimierung der Spannungs- Verteilung ausgelegten Verlaufskurve der Begrenzungskontur 19 und zwar konkret der Minimierung der Spannung im Bereich des Übergangs 27. Fig. 4A, Fig. 4B ist deutlich zu entnehmen, dass die Spannungen im Bereich des Übergangs 27 - dort um die Verlaufskurve der Begrenzungskontur 19 herum - überwiegen, während sie im Bereich des Maximalabstandes 25 ver- gleichsweise gering sind. Vor allem aber zeigen Fig. 4A, Fig. 4B in Ansicht B, dass sich durch eine Auslegung der Verlaufskurve der Begrenzungskontur 19 die Spannungsverteilung im Vergleich zu einer Ausführung nach dem Stand der Technik in Ansicht A, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist - minimieren lässt. Im vorliegenden Fall wird dies erreicht durch eine kreisbogenartige Begrenzungskontur 19, die - bzw. deren Abstandswerte - am Übergang 27 kontinuierlich abnehmend in den Umfangsbereich entlang der Rohrschmalseite 13 - d.h. den Bereich der Breite der Durchgangsöffnung 7 - einläuft. Grundsätzlich kann durch eine gesamtumfängliche kontinuierliche Änderung der Abstandswerte ein auf die konkrete Spannungsverteilung angepasster Konturverlauf erreicht werden und dadurch die Spannung minimiert werden. Vorliegend ist in Fig. 2, Ansicht A, zu erkennen, dass ein Abstandswert entlang der Breite der Durchgangsöffnung 7 ebenfalls geringer als ein Abstandswert 25 an der Rohrbreitseite 15 ist. Auch dieser Umstand ging in die Berechnungen, wie sie in Fig. 4A, Fig. 4B, Ansicht B, gezeigt sind, ein.
Grundsätzlich ist es möglich, je nach zu verringerndem Spannungsfeld eine mit einer beliebigen Anzahl lokaler Maxima versehene Verlaufskurve vorzusehen - dies mit der Maßgabe, dass der Abstand 25 zwischen einer Ver- laufskurve der Begrenzungskontur 19 und der Bodenebene 23 zwischen den Durchzügen auch noch im Bereich des Übergangs 27 kontinuierlich abnimmt und minimal ist. Die in allen Figuren gemäß dem Konzept der Erfindung dargestellten Begrenzungskonturen 19 lassen sich über ihre Verlaufskurve formal durch ein oder mehrere, dann abschnittsweise definierte Polynome und/oder Fourierreihen der Ordnung nk beschreiben. Bei reinen Polynomfunktionen gibt (nk - 1) = m die Zahl der lokalen Maxima in einem Abschnitt k an:
y = ank . X01VanR-1 . x πk"1 ...+ ai . x + b. Durch eine geeignete Wahl der Koeffizienten (mit i = 1...nk) und b lässt sich die angestrebte Position der lokalen Maxima der Verlaufskurve der Begrenzungskontur 19 und deren Ausdehnung in Richtung der Koordinate y je nach zu reduzierendem Spannungsfeld festlegen. In einer vorteilhaften Aus- gestaltung werden die genannten Parameter derart angepasst, dass der maximale Abstand 25 zwischen der Verlaufskurve der Abstandskontur 19 und der Bodenebene 23 im Bereich zwischen dem 0,2-fachen bis 1 ,5-fachen der lichten Breite der Durchgangsöffnung 7 liegt. Die Breite h ist in Fig. 1 , Ansicht A, beispielhaft dargestellt. Mit Hilfe einer derartig speziell angepassten Durchzugsgeometrie wird erreicht, dass die aus dem Temperaturwechsel resultierende Biegelast - wie in Fig. 4A1 Fig. 4B dargestellt - im Vergleich zu einer in Fig. 1 dargestellten Ausgangsgeometrie zu größeren Anteilen entlang der Rohrbreitseite und zu einem geringeren Anteil im Bereich der am höchsten belasteten Übergänge 27 angreift. Somit wird eine insgesamt gleichmäßigere Verteilung der Belastung entlang des Rohrumfanges, d.h. der Rohrschmalseiten 13 und der Rohrbreitseiten 15 erreicht.
Es hat sich gezeigt, dass eine derartige belastungsangepasste Auslegung des Konturverlaufs vor allem im Hinblick auf unterschiedliche Rohrlängen (wie z.B. 64 mm oder 50 mm), insbesondere im Verhältnis zu einer Rohrbreite (wie z.B. 8 mm), oder Kühlerbreiten (abhängig von der Anzahl der Rohre), effektiv zu einer Minimierung von Spannungen im Bereich des Übergangs 27 führt. Abstandswerte oberhalb von 1 mm oder 2 mm sind bevorzugt.
Fig. 5 zeigt eine variierte Ausführungsform gemäß dem Konzept der vorliegenden Erfindung. In der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform weist eine Durchgangsöffnung 7 auf gegenüberliegenden Seiten 31 , 33 unterschiedliche Varianten von Begrenzungskonturen 19A, 19B auf. Eine erste Variante einer Begrenzungskontur 19A entspricht der in Fig. 2 diskutierten, welche genau einen Maximalwert eines Abstandswertes 25 aufweist. Eine zweite Variante einer Begrenzungskontur 19B hat einen konstanten Wert eines Ab- standswertes, welcher unterhalb der des Abstandswertes 25 liegt und im Wesentlichen dem der Rohrschmalseite 13 entspricht. Am Übergang 27 zwischen der Rohrschmalseite 13 und der Rohrbreitseite 15 ist der Abstandswert 25 wiederum derart geringer als ein Abstandswert an der Rohrbreitseite 15, dass Spannungen im Bereich des Übergangs 27 verringert sind. Zudem ist eine Änderung des Abstandswertes 25 an der Rohrbreitseite 15 als auch am Übergang 27 kontinuierlich.
Fig. 6 zeigt noch eine weitere variierte Ausführungsform eines Bodens 1 mit Durchgangsöffnung 7, bei der auf gegenüberliegenden Seiten 31 , 33 unterschiedliche Varianten von Begrenzungskonturen 19C, 19D vorgesehen sind. Die erste Variante 19C ähnelt der in Fig. 2 beschriebenen, weist jedoch keine kontinuierliche Änderung des Abstandswertes 25 am Übergang 27 auf. Dagegen hat die zweite Variante der Begrenzungskontur 19D genau einen Mi- nimalwert eines Abstandswertes, und zwar in der Mitte 35 der Rohrbreitseite 15. Mit anderen Worten, die zweite Variante der Begrenzungskontur 19D hat genau zwei Maxima 37A, 37B auf einer Seite 33, nämlich zwischen der Seitenmitte 35 und dem Übergang 27. Auch dadurch lässt sich eine erhebliche Reduzierung der Spannungsverteilung erreichen. Sowohl die in Fig. 5 als auch in Fig. 6 gezeigte Ausführungsform weist also eine einseitige Ausführung einer Begrenzungskontur 19A, 19D gemäß dem Konzept der Erfindung auf. Die in Fig. 5 gezeigte Begrenzungskontur 19B könnte in einer anderen Ausführungsform ebenso durch eine Begrenzungskontur 19D ersetzt werden. Die in Fig. 6 gezeigte Begrenzungskontur 19C könnte ebenso durch eine Begrenzungskontur 19a ersetzt werden.
Die in Fig. 1 , Fig. 2, Fig. 3, Fig. 5 und Fig. 6 gezeigten Ausführungsformen weisen einen zum Block 9 hin orientierten Durchzug mit Kragen 17 auf. Aus diesem Grund wird der Durchzug auch als ein "umgedrehter Durchzug" be- zeichnet. Charakteristisch für die Geometrie des Durchzuges ist, dass ein Kragen 17 "nach außen", also zum Block 9 hin orientiert ist. Im Unterschied zum Stand der Technik (Fig. 1) ist hier eine gewölbte Begrenzungskontur 19, 19A, 19B, 19C, 19D vorgesehen, d.h. eine Begrenzungskontur, welche nicht parallel zur Bodenebene 23 verläuft. Vielmehr ist ein Abstandswert 25 der Begrenzungskontur 19 des jeweils dargestellten Durchzugs 17 von der Bo- denebene des Bodens 1 eine Funktion einer Umfangskoordinate X, vorliegend der Längenkoordinate der Rohrbreitseite 15. Die Verlaufskurve der Begrenzungskontur 19 ist ihrerseits eine Funktion der Längenkoordinate X (Fig. 2). Charakteristisch für den Durchzug 17 ist weiterhin, dass der Abstand 25 des Kragens 17 von der Bodenebene 23 zwischen den Durchzügen im Be- reich des Übergangs 27 zwischen Rohrschmalseite 13 und Rohrbreitseite 15, d.h. im Bereich der "Eckradien" der Durchzüge sich kontinuierlich verringernd am kleinsten ist und der maximale Abstand 25 entlang der Breitseite 15, vorliegend in der Mitte derselben, ganz allgemein jedoch irgendwo entlang der Breitseite 15 - je nach zu reduzierendem Spannungsfeld - zu liegen kommt. Vorteilhaft ist in der Regel die Mitte der Breitseite 15. Der in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 dargestellte Kurvenverlauf der Begrenzungskontur 19 ist gekennzeichnet durch ein lokales Maximum des Abstandes 25 von der Bodenebene 23 zwischen den Durchzügen.
Fig. 7 zeigt eine alternative Realisierung des Konzeptes der Erfindung im Rahmen einer Ausführungsform, welche einen gekrümmten Boden 41 für ein Flachrohr 11 vorsieht. Auch in dem in Fig. 7 gezeigten Fall weist die Durchgangsöffnung 7 eine von einer zur Rohrachsrichtung 21 im Wesentlichen senkrechten Ebene 23 weg gewölbte und in Abstand zu der genannten Ebe- ne 23 verlaufende Begrenzungskontur 19E, 19F auf, welche auf gegenüberliegenden Seiten 31 , 33 einer Rohrlängsseite 15 identisch als Kontur des insgesamt kreisförmig gebildeten Rohrbodens vorliegt. Bei dieser besonders einfachen Ausführungsform entfällt somit die Notwendigkeit, einen Kragen 17 wie bei den in Fig. 2, Fig. 3, Fig. 5 und Fig. 6 gezeigten Ausführungsformen vorzusehen. Fig. 8 zeigt eine weitere besonders einfach herzustellende Ausführungsform eines Bodens 51 , welcher vorliegend integral mit einem Luftkasten 53 für ein Flachrohr 11 gebildet ist. Bei dieser Ausführungsform entfällt vor allem die Notwendigkeit, einen in Fig. 2, Fig. 3, Fig. 5, Fig. 6 gezeigten Boden 1 mit einem Deckel 5 eines Kastens 3 verlöten zu müssen. Somit kann bei den in Fig. 7 und Fig. 8 gezeigten Ausführungsformen eine gesteigerte Dauerhaltbarkeit eines Ladeluftkühlers und der Entfall von Mehrkosten verursachenden Zusatzmaßnahmen, wie Eckrohrhülsen oder Verstärkungsschuhen, mit einem besonders verringerten Herstellungsaufwand kombiniert werden.
Variierte Ausgestaltungen wie in Fig. 5 oder Fig. 6 können also auch nur entlang einer einzigen Rohrbreitseite 15 mit einem Durchzug in Form eines Kragens gemäß dem Konzept der Erfindung versehen werden. Insbesondere ist in Fig. 6 ein Durchzug zu sehen, bei dem die die Begrenzungskontur kenn- zeichnende Verlaufskurve mehr als ein lokales Maximum aufweist. Fig. 7 zeigt einen, wie erläutert, gekrümmten Boden 1 , bei dem der zuvor beschriebene hinsichtlich Biegebelastung vorteilhafte Kurvenverlauf im Boden selbst realisiert ist. In prinzipiell ähnlicher Weise wirkt auch die in Fig. 8 dargestellte Ausführungsform, bei welcher ein Kasten 53 und ein Boden 51 ein integrales Bauteil bilden. Sämtlichen Darstellungen ist gemein, dass die gekrümmten Kurvenverläufe durch ein Polynom, wie oben dargestellt, beschrieben bzw. angenähert werden können und dabei gewährleisten, dass im Übergang ein Abstandswert kontinuierlich abnimmt und gegebenenfalls seinen niedrigsten Wert annimmt. Insbesondere für die in Fig. 7 und Fig. 8 dargestellten Lösun- gen aber auch für die in den anderen vorherigen Figuren dargestellten Lösungen sind deutlich komplexere Verlaufskurven als die in den Bildern dargestellten Kreisbögen denkbar. Die in Bezug auf Fig. 1 ausgeführten Nachteile werden vermieden.
Fig. 9 zeigt in Fig. 2 entsprechender Weise eine weitere variierte Ausführungsform eines Bodens 1 mit Durchgangsöffnung 7. Der in Fig. 2 gezeigten Ausführung entsprechende Merkmale sind durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet, so dass nachfolgend nur auf die Unterschiede zu dieser Ausführung eingegangen wird.
Die in Rg. 9 gezeigt Ausführung weist eine Gesamtbegrenzungskontur 19 auf, die, wie in Ansicht B der Fig. 9 gut zu erkennen, im Bereich der Rohrbreitseite 15 im Wesentlichen trapezförmig ausgebildet ist.
In einem mittleren Abschnitt der Rohrbreitseite 15 verläuft die Kontur 19 da- her im Wesentlichen parallel zu der zur Rohrachsrichtung 21 senkrechten Ebene 23, so dass ein Abstand y(x) zwischen der Kontur 19 und der Begrenzungslinie in diesem Abschnitt durch ein Polynom nullten Grades der Koordinate x in Umfangsrichtung beschrieben wird.
Vor den Übergangsbereichen 27, die bei dem im Wesentlichen rechteckför- migen Querschnitt der Durchgangsöffnung 7 durch die kleinen Eckradien gebildet werden, in denen Rohrbreit- und Rohrschmalseiten aufeinander treffen, geht die Kontur 19 jeweils stetig differenzierbar in einen sinusförmigen Verlauf über und läuft aus diesem wiederum stetig differenzierbar in einen ebenfalls im Wesentlichen zur Ebene 23 parallelen Abschnitt aus, der sich über einen Teil der einen Rohrbreitseite, die ganze daran angrenzende Rohrschmalseite und einen Teil der gegenüberliegenden anderen Rohrbreitseite erstreckt, so dass der Abstandswert y(x) in diesem gesamten Abschnitt und damit insbesondere im gesamten Übergangsbereich zwischen Rohr- schmal- und Rohrbreitseite minimal ist. Unter einem stetig differenzierbaren Übergang wird hier ein Übergang zwischen Funktionen mit gleichem Steigungswinkel verstanden.
Die durch die sinusförmigen Abschnitte gebildeten Flanken 100 der im We- sentlichen trapezförmigen Begrenzungskontur 19 weisen im Mittel einen Steigungswinkel σ von ungefähr 20° auf. Der Abstand 101 zwischen dem Übergangsbereich 27 und dem Maximalwert des Abstandswertes 25 entspricht im Ausführungsbeispiel der lichten Höhe h des Durchzuges.
Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels aus Fig. 9 darstellt. In der gezeigten seitlichen Draufsicht ist hierbei die Begrenzungskontur 19 nicht sichtbar, sondern als gestrichelte Line eingezeichnet. Der in der seitlichen Draufsicht den Durchzug einhüllende und die Begrenzungskontur 19 etwas überragende Rand 102 ist keine Begrenzungskontur im Sinne der Erfindung, sondern ein äußerer Rand einer Einführschräge 103, die zur besseren Ersetzbarkeit der Tauscherrohre im Zuge der Herstellung des Wärmetauschers vorgesehen ist. Die Einführschräge 103 hat als in Einsetzrichtung der Rohre untere Begrenzung die Begrenzungskontur 19 und bildet eine nach außen vom Rohr weg geneigt verlaufende Fläche oder Phase, deren äußere Berandung der Rand 102 ist.
Eine Solche Einführschräge 103 kann in der gezeigten oder ähnlichen Form zweckmäßig bei jedem der vorstehend und nachstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele vorgesehen sein. Als Begrenzungskontur 19 im Sinne der Erfindung ist dabei die Berührlinie des Durchzugs zu verstehen, mit der der Durchzug an der Rohrwandung anliegt und verlötet ist. Durch den Verlauf dieser das Tauscherrohr berührenden Begrenzungskontur 19 ist somit die Krafteinleitung vom Tauscherrohr in den Boden, zum Beispiel bedingt durch thermische Ausdehung, maßgeblich beeinflusst.
Zur Sicherstellung einer guten und insbesondere flächigen Verlötung schließt sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Berührfläche 104 an die Begrenzungskontur 19 an, wie sie allgemein aus der Gestaltung von herkömmlichen Durchzügen für Wärmetauscher bekannt ist. Eine solche Berührfläche 104 kann je nach Anforderungen bei jedem der vorstehend und nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele vorgesehen sein. Eine Breite der Berührfläche 104 kann dabei zweckmäßig über den Verlauf der Begrenzungs- kontur 19 variieren, je nachdem welche lokalen Kräfte im verlöteten Zustand während des Betriebs an der jeweiligen Position zu erwarten sind. Ebenso kann die Breite der Berührfläche je nach Position unterschiedlich ausgelegt sein, um auch an kritischen Stellen ein zuverlässiges Verteilen des Lots wäh- rend des Lötprozesses zu gewährleisten.
Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 ist in Fig. 10 die senkrecht zur Rohrachse orientierte Bezugsebene 23 auf Höhe des Endes des in den Durchzug eingesetzten Tauscherrohrs 15 positioniert. Durch eine solche Definition der Position der Bezugsebene 23 ist auch für in umgekehrter Richtung orientierte Durchzüge (siehe etwa nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 11 und Fig. 12) eine korrekte Definition des Abstandswertes 25 im Sinne der Erfindung gewährleistet.
Der geometrische Verlauf der Begrenzungskontur 19 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 10 entspricht derjenigen des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels nach Fig. 9.
Fig. 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ein Boden 1 einen vom Block weg nach innen vorspringenden Durchzug 105 aufweist.
Der Durchzug hat ausgehend von einer im Wesentlichen ebenen Oberfläche 106 des Bodens 1 zunächst eine Einführschräge 103, die zur Vereinfachung des Einführens der Tauscherrohre insbesondere in den Bereichen der kurzen Seiten besonders breit ist.
Das Ende der Einführschräge 103 wird durch eine Begrenzungskontur 19 gebildet, die an der Rohrwand eines eingesetzten Tauscherrohrs berührend anliegt. Erfindungsgemäß und analog den vorhergehenden Ausführungsbeispielen weist die Begrenzungskontur einen Bereich 27 in der Nähe des Ü- bergangs von den langen Seiten des Durchzugs zu den kurzen Seiten auf, in dem ein Abstandswert von einer (nicht dargestellten) Bezugsebene stetig monoton kleiner wird. Die Bezugsebene verläuft senkrecht zu der Rohrachse durch das Ende des in den Durchzug eingesetzten Rohrs.
Ähnlich dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 schließt sich an die Begrenzungskontur 19 eine Berührfläche 104 an, die sich von der Begrenzungskontur 19 in Richtung des Rohrendes erstreckt und eine verbesserte flächige Verlötung des Durchzugs mit dem Rohr ermöglicht.
Der in Fig. 11 gezeigte Boden kann ein Ausschnitt aus einer integrierten, insbesondere einstückigen Ausführung von Boden und Kasten sein. Insbesondere kann die integrierte Einheit aus Kasten und Boden mittels eines Innenhochdruck-Umformverfahrens hergestellt werden. Dabei kann in einem ers- ten Schritt ein Rohling mittels Innenhochdruck-Umformung bearbeitet werden, wonach in einem zweiten Schritt die Durchzüge 105 von außen eingeschossen werden. Gerade bei einer solchen Ausführung von integriertem Kasten und Boden ist es im Interesse einer einfachen Herstellung entsprechend zweckmäßig, dass die Durchzüge nach innen vorspringen.
Fig. 12 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels aus Fig. 11 , bei dem ebenfalls ein nach innen gerichteter Durchzug 105 mit einer Einführschräge 103, einer erfindungsgemäß geformten Begrenzungskontur 19 und einer an die Begrenzungskontur 19 anschließenden Berührfläche 104 vor- liegt.
Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 ist der Durchzug nicht in einem ebenen Bereich des Bodens 1 angeordnet, sondern durchgreift zwei Abwinkelungen 107. Die Abwinklungen 107 des Bodens überde- cken dabei mit den geneigten Bereichen 27 der Begrenzungskontur 19 und entsprechen auch in ihrem Winkel diesen Bereichen.27. Durch das Vorsehen solcher abgewinkelter Bereiche 107 wird daher die Herstellung der Durchzüge mit erfindungsgemäßem Verlauf der Begrenzungskontur 19 vereinfacht und ein Ausschuss der Produktion reduziert. Zudem unterstützen die Abwinkelungen 107 die Steifigkeit und Druckfestigkeit des Bodens.
Ebenso wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 ist der Boden des Beispiels nach Fig. 12 besonders geeignet, als integrierte einstückige Einheit mit einem Kasten ausgebildet zu sein und kann auf die gleiche vorstehend beschriebene Weise hergestellt werden.
Sämtliche der in den vorstehenden Ausführungsbeispielen beschriebenen Formgebungen und Verläufe insbesondere der Begrenzungskonturen 19 beziehen sich auf einen unverlöteten Zustand der Bauteile.
Zusammenfassend wird nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Wärmetauscher zum Wärmetausch zwischen einem ersten Fluid, insbesondere einer Ladeluft oder einem Abgas, und einem zweiten Fluid, insbesondere einem Kühlmittel, angegeben, welcher aufweist: einen Block 9 zur voneinander getrennten und wärmetauschenden Führung des ersten und zweiten Fluids, welcher Block 9 eine Anzahl von dem ersten Fluid durchströmbarer Strömungskanäle aufweist; mindestens ein dem Block 9 zugeordneten Kasten 3, welcher mit den Strömungskanälen strömungsverbunden ist; und mindestens einen Boden 1 , der mit einer oder mit mehreren Durchgangsöffnungen 7 zur Durchführung der Strömungskanäle zwischen dem Block 9 und dem Kasten 3 versehen ist; wobei ein Strömungskanal in Form eines Flachrohres 11 mit einer Rohrschmalseite 13 und einer Rohrbreitseite 15 gebildet ist, und wobei die Durchgangsöffnung 7 mindestens eine, von einer zur Rohrachsrichtung 21 im Wesentlichen senkrechten Ebene 23 weg gewölbte und in Abstand 25 zu der genannten Ebene verlaufende Begrenzungskontur 19 aufweist. Um Spannungen im Bereich des Übergangs von der Rohrschmalseite 17 zur Rohrbreitseite 19 zu minimieren, sieht die Erfindung vor, dass ein Abstandswert wenigstens an einem Übergang 27 zwischen der Rohrschmalseite 13 und der Rohrbreitseite 15 derart geringer als ein Abstandswert an der Rohrbreitseite 15 ist, dass Spannungen im Bereich des Übergangs 27 verringert sind, wobei mindestens an der Rohrbreitseite 15 ) und im Übergang 27 eine Änderung des Abstandswertes kontinuierlich ist.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Wärmetauscher zum Wärmetausch zwischen einem ersten Fluid und einem zweiten Fluid,
aufweisend:
- einen Block (9) zur voneinander getrennten und wärmetauschenden Führung des ersten und zweiten Fluids,
welcher Block (9) eine Anzahl von dem ersten Fluid durchströmbarer Strömungskanäle aufweist;
mindestens einen dem Block (9) zugeordneten Kasten (3), welcher mit den Strömungskanälen strömungsverbunden ist;
und
mindestens einen Boden (1), der mit einer oder mit mehreren Durchgangsöffnungen (7) zur Durchführung der Strömungskanäle zwischen dem Block (9) und dem Kasten (3) versehen ist; wobei
ein Strömungskanal in Form eines Flachrohres (11) mit einer Rohrschmalseite (13) und einer Rohrbreitseite (15) gebildet ist, und wobei
die Durchgangsöffnung (7) mindestens eine, von einer zur Rohrachs- richtung (21) im wesentlichen senkrechten Ebene (23), weg gewölbte und in Abstand (25) zu der genannten Ebene verlaufende Begrenzungskontur (19) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Abstandswert wenigstens an einem Übergang (27) zwischen der Rohrschmalseite (13) und der Rohrbreitseite (15) derart geringer als ein Abstandswert an der Rohrbreitseite (15) ist, dass Spannungen im Bereich des Übergangs (27) verringert sind, wobei mindestens an der Rohrbreitseite (15) und am Übergang (27) eine Änderung des Abstandswertes kontinuierlich ist.
2. Wärmetauscher, insbesondere Ladeluftkühler, zum Wärmetausch zwischen einem ersten Fluid und einem zweiten Fluid, mit einem Block (9) zur voneinander getrennten und wärmetauschenden Führung des ersten und zweiten Fluids, der wenigstens einen von dem ersten Fluid durchströmbaren Strömungskanal aufweist; einem Kasten (3), der mit dem Strömungskanal strömungsverbunden ist und einen Boden (1 ) umfasst, der eine Durchgangsöffnung (7) zur Durch- führung des Strömungskanals zwischen dem Block (9) und dem Kasten
(3) aufweist; wobei der Strömungskanal in Form eines Flachrohres (11) mit einer Rohrschmalseite (13) und einer Rohrbreitseite (15) ausgebildet ist; wobei die Durchgangsöffnung (7) eine Gesamtbegrenzungskontur (19) längs des gesamten Umfanges der Durchgangsöffnung (7) mit einem Abstand (25) zu einer zur Rohrachsrichtung (21) im Wesentlichen senkrechten Ebene (23) aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstandswert dieser Gesamtbegrenzungskontur (19) im gesamten Übergangsbereich (27) zwischen der Rohrschmalseite (13) und der Rohrbreitseite (15) minimal ist.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ge- samtbegrenzungskontur (19) wenigstens im gesamten Übergangsbereich (27) zwischen der Rohrschmalseite (13) und der Rohrbreitseite (15) knick- frei ist.
4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtbegrenzungskontur (19) im Bereich der Rohrbreitseite (15) im Wesentlichen trapezförmig ausgebildet ist.
5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken der im Wesentlichen trapezförmigen Gesamtbegrenzungskontur einen Steigungswinkel (σ) im Bereich von 5° bis 75°, bevorzugt im Bereich von 10° bis 60° und besonders bevorzugt im Bereich von 15° bis 45° aufweisen.
6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandswert des Abstandes (25) der Gesamtbegrenzungskontur (19) zu der zur Rohrachsrichtung (21) im wesentlichen senk- rechten Ebene (23) längs des Umfanges der Durchgangsöffnung (7) eine
Funktion (y(x)) einer Koordinate (x) in Umfangsrichtung der Durchgangsöffnung (7) bildet, wobei diese Funktion (y(x)) abschnittsweise definiert ist und für jeden Abschnitt (k) gilt: y(x) = ∑j=o nk [aik»x' + b,k sin(cι}k«x + φik)] <=> xOk < x < Xm wobei ∑i=o nk die Summe von i = 0 bis nk, nk die Ordnung des Polynoms im
Abschnitt k, x1 die ite Potenz von x, xOk die Koordinate am Beginn des Abschnittes k, X1 k die Koordinate am Ende des Abschnittes k, und aik, bik) ω*, φik konstante, für jeden Abschnitt (k) vorgegebene Koeffizienten bezeichnet.
7. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungen im Bereich des Übergangs (27) verringert, insbesondere minimiert sind.
8. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Block (9) eine den bzw. die Strömungskanäle aufnehmende, von dem zweiten Fluid durchströmbare Kammer aufweist.
9. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kasten (3) einen Deckel (5) aufweist und der
Deckel (5) am Boden (1) festgelegt ist.
10. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (1) integral mit dem Kasten (3) gebildet ist.
11. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (7) als ein Durchzug, insbesondere mit einem Kragen (17) gebildet ist, vorzugsweise mit einem zum Block (9) hin orientierten Kragen (17).
12. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (1 ) im Wesentlichen flach ausgebildet ist und/oder sich im Wesentlichen in der zu der zur Rohrachsrichtung (21) im Wesentlichen senkrechten Ebene (23) erstreckt.
13. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandswert, ausgehend von der Rohrbreitseite (15), erstmals am Übergang (27) zwischen der Rohrschmalseite (13) und der Rohrbreitseite (15), geringer ist als im Bereich der Rohrbreitseite
(15).
14. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandswert im Bereich der Rohrschmalseite geringer, insbesondere konstant, ist als im Bereich der Rohrbreitseite (15).
15. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verlaufskurve der Begrenzungskontur (19) eine Funktion einer umfänglichen Abmessung der Durchgangsöffnung (7) ist, insbesondere einer Länge der Durchgangsöffnung (7) (Rohrbreitseite) und/oder einer Breite der Durchgangsöffnung (7) (Rohrschmalseite), insbesondere die Verlaufskurve eine Polynomfunktion mindestens des 2-ten Grades ist.
16. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandswert im Bereich einer Rohrbreitseite (11) einen Maximalwert annimmt.
17. Wärmetauscher nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandswert im Bereich einer Rohrbreitseite (11) in einem Abstand (101) von einem Übergangsbereich zwischen Rohrschmalseite und Rohrbreitseite einen Maximalwert annimmt, wobei der Abstand (101) zwischen Maximalwert und Übergangsbereich im Bereich des 0.2- bis 2.5-fachen, insbesondere im Bereich des 0.25- bis 2.0-fachen der lichten Breite der Durchgangsöffnung (7) liegt.
18. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandswert im Bereich einer Rohrbreitseite (15) genau einen Maximalwert annimmt, insbesondere in der Mitte der Rohrbreitseite.
19. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandswert im Bereich einer Rohrbreitseite (15) genau einen Minimalwert annimmt, insbesondere in der Mitte der Rohrbreitseite (15).
20. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Maximalwert des Abstandswertes im Bereich des 0.2- bis 1.5-fachen, insbesondere im Bereich des 0.5- bis 1.0-fachen der lichten Breite der Durchgangsöffnung (7) (Rohrschmalseite) liegt.
21. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Durchgangsöffnung (7) auf gegenüberliegenden Seiten (31 , 33) unterschiedliche Varianten von Begrenzungskonturen (19A, 19B, 19C1 19D) aufweist.
22. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Variante einer Begrenzungskontur (19A, 19C) genau einen Maximalwert eines Abstandwertes aufweist und eine zweite Variante einer Begrenzungskontur (19D) genau einen Minnimal- wert eines Abstandswertes aufweist.
23. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Variante einer Begrenzungskontur (19A, 19C) genau einen Maximalwert eines Abstandswertes aufweist und eine zweite Variante einer Begrenzungskontur (19B) einen konstanten Wert eines Abstandwertes aufweist.
24. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Variante einer Begrenzungskontur (19D) genau einen Minnimalwert eines Abstandwertes aufweist und eine zweite Variante einer Begrenzungskontur (19B) einen konstanten Wert eines Abstandwertes aufweist.
25. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flachrohr (11) als ein Rohr in einem Randbereich, insbesondere einem Eckbereich, des Blockes (9) angeordnet ist.
26. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strömungskanal ein Wärmeleitelement in Form einer an einer Kanalinnenseite angebrachten, insbesondere angelöteten
Innenrippe, und/oder ein Wärmeleitelement in Form einer an einer Kanalaußenseite angebrachten, insbesondere angelöteten Außenrippe aufweist.
27. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Strömungsleiteinrichtung, insbesondere eine Turbulenzeinrichtung.
28. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Form ei- nes direkten oder indirekten Ladeluftwärmetauschers, insbesondere -
Kühlers.
29. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Form eines Abgas-Wärmetauschers, insbesondere -Kühlers.
30. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11 oder 12 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (1) zumindest abschnittsweise gekrümmt ausgebildet ist.
3 I .Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (1) und der Deckel (5) eine Baueinheit bilden.
32. Wärmetauscher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die integrale Einheit aus Bonden und Kasten mittels Innenhochdruck- Umformung ausgebildet wird.
33. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Begrenzungskontur (19) eine Einführschräge (103) zum vereinfachten Einsetzen des Flachrohres (11) vorgesehen ist.
34. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Begrenzungskontur (19) eine Berührfläche (104) zur flächigen Verlötung mit dem Flachrohr (11) vorgesehen ist.
35. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Begrenzungskontur (19) aufweisender
Durchzug (105) vom Boden (1) ausgehend nach innen zum Kasten hin vorspringt.
36. Wärmetauscher nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchzug in einem Endbereich eine Abwinkelung (107) des Bodens ü- bergreift.
37. Verwendung des Wärmetauschers nach einem der vorhergehenden Ansprüche für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
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