EP2975349A1 - Rohr - Google Patents

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EP2975349A1
EP2975349A1 EP14176966.1A EP14176966A EP2975349A1 EP 2975349 A1 EP2975349 A1 EP 2975349A1 EP 14176966 A EP14176966 A EP 14176966A EP 2975349 A1 EP2975349 A1 EP 2975349A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tube
pipe
region
profile
heat exchanger
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14176966.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Timo Henke
Dieter Engelhardt
Laurent Dannenhofer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mahle International GmbH filed Critical Mahle International GmbH
Priority to EP14176966.1A priority Critical patent/EP2975349A1/de
Publication of EP2975349A1 publication Critical patent/EP2975349A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F28F1/025—Tubular elements of cross-section which is non-circular with variable shape, e.g. with modified tube ends, with different geometrical features
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
    • B21C23/02—Making uncoated products
    • B21C23/04—Making uncoated products by direct extrusion
    • B21C23/08—Making wire, bars, tubes
    • B21C23/085—Making tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C35/00—Removing work or waste from extruding presses; Drawing-off extruded work; Cleaning dies, ducts, containers, or mandrels
    • B21C35/02—Removing or drawing-off work
    • B21C35/023—Work treatment directly following extrusion, e.g. further deformation or surface treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/06—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor for performing particular operations
    • B21J5/08—Upsetting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F28F1/022—Tubular elements of cross-section which is non-circular with multiple channels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D53/00—Making other particular articles
    • B21D53/02—Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2255/00—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
    • F28F2255/16—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes extruded

Definitions

  • the invention relates to a tube for a heat exchanger, wherein the tube has two opposite broad sides and two opposite narrow sides and can be flowed through by a medium. Moreover, the invention relates to a heat exchanger with a tube and a method for producing the tube.
  • heat exchangers which have tubes which are flowed through by a coolant.
  • Battery systems and / or the power electronics can be connected in a heat-conducting manner to these heat exchangers in order to dissipate the resulting heat.
  • the tubes are arranged, for example, between cover plates to which the components to be cooled can be connected.
  • the tubes are fixed between the cover plates via a clamping force, which is applied during the production of the heat exchanger.
  • a disadvantage of the devices in the prior art is in particular that the tubes are not optimally supported against the cover plates and / or the tube plates in which the tubes can be accommodated, whereby it can lead to displacements of the tubes. By displacements of the tubes relative to the cover plates and / or the tubesheets may leak, which adversely affect the functionality of the heat exchanger.
  • the object of the present invention to provide a tube which has an optimized design and thereby enables a secure fixation of the tube relative to other elements. It is also the object of the invention to provide a heat exchanger having tubes that allow a secure and easy fixation with respect to the rest of the heat exchanger. Moreover, it is the object of the invention to provide a method for producing the optimized tubes.
  • An embodiment of the invention relates to a tube for a heat exchanger, wherein the tube has two opposite broad sides and two opposite Has narrow sides and is flowed through by a medium, wherein the tube has at least a first region having a first cross-sectional area and at least a second region having a second cross-sectional area, wherein the second cross-sectional area is smaller than the first cross-sectional area and the transition between the first region and a second region is formed by an at least partially circumferential in the circumferential direction on the outer surface of the tube paragraph.
  • the first region and the second region may have an identical throughflow area in the interior of the tube or differing throughflow surfaces.
  • the second region extends from an axial end region of the tube in the direction of the middle of the tube or a second region in each case extends from one of the axial end regions of the tube in the direction of the tube center.
  • the second region is only a section starting from the pipe end, which is advantageously followed by a first region.
  • the tube has a second region at both axial end regions and a first region in the center.
  • at least one shoulder is formed at both axial end regions, which can be used to support the tube with respect to surrounding structures.
  • the end portions of the tube are designated, through which a medium can flow into the tube and can flow out again. This designation applies regardless of whether the tube is rectilinear or, for example, wavy or curved.
  • the radial direction denotes a direction that runs along a direction of action that intersects the central axis of the tube.
  • the tube is compressed at the axial end regions in the radial direction, whereby at each of the axial end regions, a second region of predeterminable length is formed.
  • the heel is advantageously generated by a compression of the tube in the radial direction. This can be done for example by a Kalibrierstempel.
  • the compression takes place only over a range of defined length.
  • the compression in the radial direction can take place along the entire circumference, so that a completely circumferential preferably uniform or uneven heel arises.
  • the tube is compressed on the two narrow sides of the tube in the direction of a surface normal standing on the outer surface, with two extending along the narrow sides paragraphs are formed.
  • An upsetting can also take place only along sections of the circumference in an advantageous embodiment.
  • the compression takes place only on the narrow sides of the tube. In this way, at least one paragraph is created on each narrow side, while the broadsides remain unchanged. This is advantageous because the flow cross-section is therefore the same or only slightly smaller in the compressed second region as the flow cross-section in the non-compressed first region.
  • a stepped step comprising about 90 degrees, or alternatively an inclined step which forms an oblique continuous transition from the second region to the first region.
  • An embodiment of the invention relates to a heat exchanger for cooling batteries and / or power electronics, with at least one tube, wherein the heat exchanger has two flat plate-shaped elements, which are arranged parallel spaced from each other, wherein between the plate-shaped elements which is arranged at least one tube, wherein the tube is supported via a support element which acts on the shoulder on the outer surface of the tube relative to the plate-shaped elements.
  • the heat exchanger has the largest possible outer surface to which the components to be cooled can be connected.
  • the pipes through which the coolant flows are connected as extensively as possible to the outer surfaces serving as connection surfaces in order to allow the best possible heat transfer.
  • these are advantageously arranged such that the heat transfer is realized mainly on the broad sides, while the tubes are arranged on the narrow sides spaced from each other.
  • the tubes are arranged in an advantageous heat exchanger between two plate-like elements, wherein the tubes are in direct contact with the inner surfaces of the plate-like elements.
  • the components to be cooled can be connected.
  • the tubes are supported via support elements by a positive connection with respect to the plate-like elements, so that a relative movement of the tubes to the support elements and the plate-like elements is prevented.
  • the tubes may be materially connected to the support elements or the plate-like elements or fixed by the application of a clamping force.
  • the support of the tubes takes place on the shoulders formed on the outer surface of the tube.
  • the tube at both axial end regions in each case has an at least partially circumferential in the circumferential direction on the outer surface of the tube shoulder, wherein the tube is fixed in the axial direction on both sides by at least one support member relative to the plate-shaped elements.
  • Paragraphs on both axial end regions are advantageous in order to avoid a relative movement of the tubes relative to the remaining heat exchanger in all directions.
  • the support elements may be materially connected to the plate-like elements or be made in one piece with these.
  • the plate-shaped elements form a housing with the support elements, wherein the outer surface of the tube is in contact with the respective inner surfaces of the plate-shaped elements of the housing. This is particularly advantageous in order to realize a compact design for the heat exchanger.
  • the support elements are each formed by a tube plate, wherein each tube plate has at least one opening, wherein in the opening in each case a second region of a tube is accurately inserted until the system of the first area on the tube plate.
  • a tube plate with precisely fitting openings for the tubes or for the second end regions of the tubes is particularly advantageous because the tubes can be easily inserted into the openings of the tubesheets and a fixation can be generated both in the axial direction and in the radial direction.
  • the tubesheets can be made in one piece with the plate-like elements or can be integrally connected to them.
  • Flat tubes with or without center webs which divide the inner volume of the flat tube into several chambers, can be produced in a particularly simple manner in high production speed and quality by extruding or extruding.
  • far-reaching knowledge is available in the prior art to be able to process a wide variety of materials.
  • the tube profile produced as an endless profile is automatically cut to a predefinable length in order to obtain tailor-made tubes according to the intended application.
  • the tube profile referred to as endless profile is to be regarded as endless only in the context of the material available in a batch, which can be processed without interruption in an extrusion press.
  • a shoulder is formed on one or both of the axial end portions on the outer surface of the tube.
  • a common tool is particularly advantageous in order to achieve a particularly rapid production of the finished tube.
  • a simultaneous or at least temporally closely coupled to each other cutting and indentation is advantageous.
  • the advancing movement which leads to the separation can at the same time also be used for the molding of the heel. As a result, a higher efficiency can be achieved.
  • the molding of the paragraph is carried out by a Kalibrierstkov, the Kalibrierstkov applying at least partially along the circumference of the pipe profile acting as surface normal force component on the end portions of the pipe profile, which causes a compression of the pipe profile.
  • the Fig. 1 shows a view of a tube 1.
  • the tube 1 is formed as a flat tube 1 and has two opposite narrow sides 6 and two opposite broad sides 7.
  • the tube 1 has a first region 2 and two second regions 3.
  • the cross-sectional area of the first region 2 is larger than the cross-sectional area of the second regions 3.
  • the second regions 3 differ from the first region 2 in that the narrow sides 6 have been compressed in the radial direction towards the central axis of the tube 1, whereby shoulders 4 are formed on the narrow sides 6 in the transition between the second regions 3 and the first region 2 are.
  • the second regions 3 are respectively arranged on the axially situated end regions of the tube 1, while the first region 2 is arranged centrally between the second regions 3.
  • the first region 2 forms the essential length fraction of the tube 1.
  • FIG. 2 At the left end of the tube 1 of FIG. 1 is a cross section AA indicated by the second region 3. The sectional view through the section AA is in FIG. 2 shown.
  • FIG. 2 shows a view of the cross section along the section AA of FIG. 1 , It can be seen that the tube 1 is a flat tube 1 with two broad sides 7 and two narrow sides 6. The tube 1 is divided in the interior by separating elements 8 into a plurality of chambers 9, along which the tube 1 can be flowed through.
  • Each of the two narrow sides 6 facing chambers 9 have a rounded outer shape of the tube adapted shape. They taper from the middle of the tube 1 towards the respective narrow side 6. The end area facing the narrow side 6 is rounded in accordance with the outer surface of the narrow side 6. The material thickness of the tube 1 is greater in the region of the narrow sides 6 than in the region of the broad sides 7.
  • the remaining chambers 9 have a rectangular cross-section.
  • the separating elements 8 have approximately the same material thickness as the broad sides 7.
  • FIG. 3 shows a detailed view of the transition from a second region 3 to the first region 2 of the tube 1.
  • the cross-sectional reduction in the second region 3 has been generated in the embodiment shown completely by a compression of the two narrow sides 6 toward the central axis of the tube 1.
  • the two broad sides 7 are formed unchanged over the entire length of the tube 1.
  • the broad sides are also compressed toward the central axis of the tube in order to produce a shoulder that runs completely in the circumferential direction of the tube.
  • FIG. 3 Paragraph 4 shown forms a slope, which with a predeterminable angle 10 to a cutting plane, which is a surface normal on one of the broad sides 7, runs.
  • This sectional plane would also be parallel to the narrow sides 6 in the case of a completely rectangular cross section of the tube.
  • the angle 10 is about 12 degrees.
  • the shoulder can also be deviating and, for example, form a step angled at 90 degrees.
  • FIG. 4 shows a block diagram which describes the sequence of the method according to the invention.
  • block 20 the continuous profile of the pipe profile by Extruding or produced by extrusion.
  • block 21 the endless profile is cut to length on tubular profile pieces of predeterminable length.
  • paragraph (s) is / are formed.
  • the molding is done in particular by compression of the pipe profile.
  • FIGS. 1 to 3 The in the FIGS. 1 to 3
  • the embodiments shown have no restrictive effect, in particular with regard to the combination of individual features.
  • the shape of the tube and the division of the tube interior the figures are not limiting. That in the FIGS. 1 to 3 shown tube 1 can be used in particular in a heat exchanger, wherein the tube 1 is used with the second areas 3 in openings in a tube plate or recesses in a support means to the respective paragraphs 4 and the first area 2 in abutment with the openings or the recesses device. By supporting the paragraphs 4 can thus be achieved a fixation of the tubes in a heat exchanger.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rohr (1) für einen Wärmeübertrager, wobei das Rohr (1) zwei sich gegenüberliegende Breitseiten (7) aufweist und zwei sich gegenüberliegende Schmalseiten (6) aufweist und von einem Medium durchströmbar ist, wobei das Rohr (1) zumindest einen ersten Bereich (2) mit einer ersten Querschnihsfläche aufweist und zumindest einen zweiten Bereich (3) mit einer zweiten Querschnittsfläche aufweist, wobei die zweite Querschnittsfläche geringer ist als die erste Querschnittsfläche und der Übergang zwischen dem ersten Bereich und einem zweiten Bereich durch einen zumindest teilweise in Umfangsrichtung an der Außenfläche des Rohres (1) umlaufenden Absatz (4) gebildet ist. Außerdem betrifft die Erfindung einen Wärmeübertrager mit einem Rohr und ein Verfahren zur Herstellung des Rohres.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein Rohr für einen Wärmeübertrager, wobei das Rohr zwei sich gegenüberliegende Breitseiten und zwei sich gegenüberliegende Schmalseiten aufweist und von einem Medium durchströmbar ist. Außerdem betrifft die Erfindung einen Wärmeübertrager mit einem Rohr und ein Verfahren zur Herstellung des Rohres.
    • Stand der Technik
  • In modernen Kraftfahrzeugen werden zunehmend elektrische Antriebskomponenten oder andere Hochspannungskomponenten verwendet, welche den konventionellen verbrennungsmotorischen Antrieb unterstützen oder an die Stelle des verbrennungsmotorischen Antriebs treten. Die zum Betrieb benötigte elektrische Energie wird hierzu in Batteriesystemen gespeichert. Die Ansteuerung der elektrischen Komponenten und das Energiemanagement werden von einer sogenannten Leistungselektronik gesteuert.
  • Um eine Überhitzung zu vermeiden, muss die im Betrieb entstehende Wärme an den Batteriesystemen, der Leistungselektronik oder den Hochspannungskomponenten über geeignete Kühlmaßnahmen abgeführt werden
  • Im Stand der Technik sind Wärmeübertrager bekannt, welche Rohre aufweisen, die mit einem Kühlmittel durchströmt sind. An diese Wärmeübertrager können Batteriesysteme und/oder die Leistungselektronik wärmeleitend angebunden werden, um die entstehende Wärme abzuleiten. Die Rohre sind dabei beispielsweise zwischen Deckblechen angeordnet, an welche die zu kühlenden Komponenten angebunden werden können. Die Rohre werden zwischen den Deckblechen über eine Verspannkraft fixiert, welche bei der Fertigung des Wärmeübertragers aufgebracht wird.
  • Nachteilig an den Vorrichtungen im Stand der Technik ist insbesondere, dass die Rohre nicht optimal gegenüber den Deckblechen und/oder den Rohrböden, in welchen die Rohre aufgenommen sein können, abgestützt sind, wodurch es zu Verschiebungen der Rohre kommen kann. Durch Verschiebungen der Rohre relativ zu den Deckblechen und/oder den Rohrböden können Undichtigkeiten entstehen, welche die Funktionalität des Wärmeübertragers negativ beeinflussen.
    • Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
  • Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Rohr zu schaffen, welches eine optimierte Bauform aufweist und dadurch eine sichere Fixierung des Rohres gegenüber anderen Elementen ermöglicht. Auch ist es die Aufgabe der Erfindung einen Wärmeübertrager zu schaffen, der Rohre aufweist, die eine sichere und einfache Fixierung gegenüber dem restlichen Wärmeübertrager erlauben. Darüber hinaus ist es die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der optimierten Rohre zu schaffen.
  • Die Aufgabe hinsichtlich des Rohres wird durch ein Rohr mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Rohr für einen Wärmeübertrager, wobei das Rohr zwei sich gegenüberliegende Breitseiten aufweist und zwei sich gegenüberliegende Schmalseiten aufweist und von einem Medium durchströmbar ist, wobei das Rohr zumindest einen ersten Bereich mit einer ersten Querschnittsfläche aufweist und zumindest einen zweiten Bereich mit einer zweiten Querschnittsfläche aufweist, wobei die zweite Querschnittsfläche geringer ist als die erste Querschnittsfläche und der Übergang zwischen dem ersten Bereich und einem zweiten Bereich durch einen zumindest teilweise in Umfangsrichtung an der Außenfläche des Rohres umlaufenden Absatz gebildet ist.
  • Durch den Übergang von dem zweiten Bereich, welcher eine geringere Querschnittsfläche aufweist als der erste Bereich, auf den ersten Bereich entsteht ein Absatz, welcher vollständig oder nur teilweise in Umfangsrichtung umlaufend an der Außenfläche des Rohres ausgebildet ist. Dieser Absatz ist besonders vorteilhaft, um das Rohr gegenüber einem Abstützelement zu fixieren und so sicher zu positionieren. Je nach der verwendeten Materialstärke des Rohres können der erste Bereich und der zweite Bereich eine identische Durchströmungsfläche im Inneren des Rohres aufweisen oder voneinander abweichende Durchströmungsflächen.
  • Weiterhin ist es zu bevorzugen, wenn der zweite Bereich sich von einem axialen Endbereich des Rohres hin in Richtung zur Rohrmitte erstreckt oder jeweils ein zweiter Bereich sich von jeweils einem der axialen Endbereiche des Rohres hin in Richtung zur Rohrmitte erstreckt, Dabei ist der zweite Bereich nur ein Abschnitt ausgehend von dem Rohrende, an welchen sich vorteilhaft ein erster Bereich anschließt.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Rohr an beiden axialen Endbereichen jeweils einen zweiten Bereich aufweist und mittig einen ersten Bereich. Auf diese Weise ist an beiden axialen Endbereichen zumindest ein Absatz ausgebildet, welcher zur Abstützung des Rohres gegenüber umliegenden Strukturen verwendet werden kann.
  • Mit dem axialen Endbereichen sind die Endbereiche des Rohres bezeichnet, durch welche ein Medium in das Rohr einströmen und wieder ausströmen kann. Diese Bezeichnung gilt unabhängig davon, ob das Rohr geradlinig ausgebildet ist oder beispielsweise wellenförmig oder gebogen ausgebildet ist. Die radiale Richtung bezeichnet eine Richtung, welche entlang einer Wirkrichtung verläuft, die die Mittelachse des Rohres schneidet.
  • Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn das Rohr an den axialen Endbereichen in radialer Richtung gestaucht ist, wodurch an jedem der axialen Endbereiche ein zweiter Bereich von vorgebbarer Länge gebildet ist.
  • Vorteilhaft ist der Absatz durch eine Stauchung des Rohres in radialer Richtung erzeugt. Dies kann beispielsweise durch einen Kalibrierstempel erfolgen. Vorteilhafterweise findet die Stauchung nur über einen Bereich definierter Länge statt. Die Stauchung in radialer Richtung kann entlang des gesamten Umfangs erfolgen, so dass ein vollständig umlaufender bevorzugt gleichmäßiger oder ungleichmäßiger Absatz entsteht.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn das Rohr an den beiden Schmalseiten des Rohres in Richtung einer auf der Außenfläche stehenden Flächennormalen gestaucht ist, wobei zwei entlang der Schmalseiten verlaufende Absätze ausgebildet sind.
  • Eine Stauchung kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung auch nur entlang von Teilabschnitte des Umfangs erfolgen. Besonders bevorzugt erfolgt die Stauchung nur an den Schmalseiten des Rohres. Auf diese Weise entsteht an jeder Schmalseite zumindest jeweils ein Absatz, während die Breitseiten unverändert bleiben. Dies ist vorteilhaft, weil der Durchströmungsquerschnitt somit im gestauchten zweiten Bereich gleich groß oder nur wenig kleiner ist wie der Durchströmungsquerschnitt im nicht gestauchten ersten Bereich.
  • Durch eine spezielle Formgebung des zur Stauchung verwendeten Werkzeugs kann bevorzugt ein stufenförmiger ungefähr 90 Grad einschließender Absatz erzeugt werden oder alternativ ein schräg verlaufender Absatz, welcher einen schrägen stetigen Übergang vom zweiten Bereich in den ersten Bereich ausbildet.
  • Die Aufgabe hinsichtlich des Wärmeübertragers wird durch einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen von Anspruch 5 gelöst.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager zur Kühlung von Batterien und/oder von Leistungselektronik, mit zumindest einem Rohr, wobei der Wärmeübertrager zwei ebene plattenförmige Elemente aufweist, welche parallel beabstandet zueinander angeordnet sind, wobei zwischen den plattenförmigen Elementen das zumindest eine Rohr angeordnet ist, wobei das Rohr über ein Abstützelement welches an dem Absatz an der Außenfläche des Rohres angreift gegenüber den plattenförmigen Elementen abgestützt ist.
  • Um Batterien und/oder Leistungselektronik vorteilhaft zu kühlen, ist es zu bevorzugen, dass der Wärmeübertrager eine möglichst große Außenfläche aufweist, an welche die zu kühlenden Komponenten angebunden werden können. Bevorzugt sind die mit dem Kühlmittel durchströmten Rohre möglichst großflächig mit den als Anschlussflächen dienenden Außenflächen verbunden, um einen möglichst guten Wärmeübertrag zu ermöglichen. Bei der Verwendung von Flachrohren werden diese vorteilhafterweise derart angeordnet, dass der Wärmeübertrag hauptsächlich über die Breitseiten realisiert wird, während die Rohre an den Schmalseiten zueinander beabstandet angeordnet sind.
  • Die Rohre sind in einem vorteilhaften Wärmeübertrager zwischen zwei plattenartigen Elementen angeordnet, wobei die Rohre mit den Innenflächen der plattenartigen Elemente in direktem Kontakt stehen. An die Außenflächen der plattenartigen Elemente können die zu kühlenden Komponenten angebunden werden. Vorteilhafterweise sind die Rohre über Abstützelemente durch einen Formschluss gegenüber den plattenartigen Elementen abgestützt, so dass eine Relativbewegung der Rohre zu den Abstützelementen und den plattenartigen Elementen verhindert ist. Zusätzlich können die Rohre mit den Abstützelementen oder den plattenartigen Elementen stoffschlüssig verbunden sein oder durch das Aufbringen einer Verspannkraft fixiert sein. Besonders bevorzugt erfolgt die Abstützung der Rohre an den an der Außenfläche des Rohres ausgebildeten Absätzen.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn das Rohr an beiden axialen Endbereichen jeweils einen zumindest teilweise in Umfangsrichtung an der Außenfläche des Rohres umlaufenden Absatz aufweist, wobei das Rohr in axialer Richtung beidseitig durch jeweils zumindest ein Abstützelement gegenüber den plattenförmigen Elemente fixiert ist.
  • Absätze an beiden axialen Endbereichen sind vorteilhaft, um eine Relativbewegung der Rohre gegenüber dem restlichen Wärmeübertrager in alle Richtungen zu vermeiden. Durch die Abstützung der Rohre gegenüber den Abstützmitteln wird bevorzugt eine Relativbewegung in axialer Richtung unterbunden. Die Abstützelemente können stoffschlüssig mit den plattenartigen Elementen verbunden sein oder einteilig mit diesen ausgeführt sein.
  • Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn die plattenförmigen Elemente mit den Abstützelementen ein Gehäuse ausbilden, wobei die Außenfläche des Rohres in Anlage mit den jeweiligen Innenflächen der plattenförmigen Elemente des Gehäuses ist. Dies ist besonders vorteilhaft, um eine möglichst kompakte Bauform für den Wärmeübertrager zu realisieren.
  • Auch ist es zu bevorzugen, wenn die Abstützelemente jeweils durch einen Rohrboden gebildet sind, wobei jeder Rohrboden zumindest eine Öffnung aufweist, wobei in die Öffnung jeweils ein zweiter Bereich eines Rohres passgenau bis zur Anlage des ersten Bereichs am Rohrboden einsteckbar ist.
  • Ein Rohrboden mit passgenauen Öffnungen für die Rohre beziehungsweise für die zweiten endseitigen Bereiche der Rohre ist besonders vorteilhaft, da die Rohre einfach in die Öffnungen der Rohrböden eingeführt werden können und eine Fixierung sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung erzeugt werden kann. Die Rohrböden können einteilig mit den plattenartigen Elementen ausgeführt sein oder stoffschlüssig mit diesen verbunden sein.
  • Die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens wird mit den Merkmalen von Anspruch 9 gelöst.
  • Besonders vorteilhaft ist ein Verfahren zur Herstellung eines Rohres, das die folgenden Schritte umfasst:
    • ■ Extrudieren oder Strangpressen eines Rohrprofils als Endlosprofil oder die Bereitstellung eines solchen Rohrprofils,
    • ■ Ablängen des erzeugten Rohrprofils auf eine vorgebbare Länge,
    • ■ Einformen eines zumindest teilweise in Umfangsrichtung an der Außenfläche des Rohres umlaufenden Absatzes.
  • Flachrohre mit oder ohne Mittelstege, welcher das Innenvolumen des Flachrohres in mehrere Kammern unterteilen, können auf besonders einfache Weise in hoher Fertigungsgeschwindigkeit und Qualität durch das Extrudieren oder auch Strangpressen erzeugt werden. Hierzu sind im Stand der Technik weitreichende Kenntnisse vorhanden, um unterschiedlichste Werkstoffe verarbeiten zu können.
  • Vorteilhafterweise wird das als Endlosprofil erzeugte Rohrprofil automatisiert auf eine vorgebbare Länge abgelängt, um entsprechend der geplanten Anwendung passend zugeschnittene Rohre zu erhalten. Das als Endlosprofil bezeichnete Rohrprofil ist dabei lediglich im Rahmen des in einer Charge verfügbaren Materials, welches ohne Unterbrechung in einer Strangpressanlage verarbeitet werden kann, als endlos anzusehen.
  • Nach der Ablängung oder zeitgleich mit der Ablängung wird an einem oder beiden der axialen Endbereiche ein Absatz an der Außenfläche des Rohres eingeformt. Auf diese Weise kann insgesamt ein Rohr einfach und kostengünstig erzeugt werden, welches in Großserienproduktionen verwendet werden kann und eine Bauform aufweist, welche eine einfache Fixierung des Rohres in einem Wärmeübertrager zulässt.
  • Auch ist es zweckmäßig, wenn das Ablängen des Rohrprofils und das Einformen des Absatzes durch ein gemeinsames Werkzeug erfolgen.
  • Die Verwendung eines gemeinsamen Werkzeugs ist besonders vorteilhaft, um eine besonders schnelle Herstellung des fertigen Rohres zu erreichen. Insbesondere in Kombination mit den sehr hohen Fördergeschwindigkeiten beim Strangpressen ist eine gleichzeitige oder zumindest zeitlich eng aneinander gekoppelte Ablängung und Einformung vorteilhaft. Gleichzeitig kann bei einem gemeinsamen Werkzeug die Vorschubbewegung, welcher zu der Abtrennung führt, gleichzeitig auch für das Einformen des Absatzes verwendet werden. Hierdurch kann eine höhere Effizienz erreicht werden.
  • Darüber hinaus ist es zu bevorzugen, wenn das Einformen des Absatzes durch einen Kalibrierstempel erfolgt, wobei der Kalibrierstempel eine zumindest teilweise entlang des Umfangs des Rohrprofils als Flächennormale wirkende Kraftkomponente auf die Endbereiche des Rohrprofils aufbringt, welche eine Stauchung des Rohrprofils verursacht.
  • Durch einen Kalibrierstempel, welcher die Kraft in Richtung einer Flächennormalen auf die Außenfläche des Rohres ausübt, kann eine vorteilhafte Stauchung erreicht werden, welche zur Ausbildung eines Absatzes zwischen dem gestauchten Bereich und dem nicht gestauchten Bereich an der Außenfläche des Rohres führt. Abhängig von der in Umfangsrichtung des Rohres gemessenen Länge des Abschnitts, an welchem die Kraftkomponente aufgebracht wird, kann ein vollständig umlaufender Absatz erzeugt werden oder ein oder mehrere nur teilweise umlaufende Absätze.
  • Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn beim Ablängen sowohl an dem abgetrennten Teilstück des Rohrprofils als auch an dem restlichen Endlosprofil an den jeweils entstehenden Endbereichen der beiden Rohrprofile eine Stauchung des Endbereichs über eine definierte Länge durch einen Kalibrierstempel erzeugt wird. Dies ist besonders vorteilhaft, um im Rahmen der Massenherstellung Rohre zu erhalten, welche an beiden axialen Endbereichen jeweils zumindest einen Absatz aufweisen.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn die Stauchung des Rohres jeweils an den Schmalseiten eines axialen Endbereichs des Rohres erfolgt, wobei an jeder der Schmalseiten jeweils ein Absatz erzeugt wird.
  • Durch eine Stauchung nur an den Schmalseiten des Rohres können wirksam Absätze erzeugt werden, welche zur Abstützung gegenüber Abstützmitteln, wie insbesondere Rohrböden, verwendet werden können. Die Stauchung nur an einem Teilbereich des Umfangs führt dazu, dass die innere Durchströmungsfläche des Rohres nur wenig oder gar nicht verkleinert wird im Vergleich zu dem Bereich des Rohres, welcher keine Stauchung erfährt. Dies ist vorteilhaft, um keinen unnötigen Druckverlust innerhalb des Rohres zu erzeugen.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1
    eine Aufsicht auf ein Rohr mit einem ersten Bereich größerer Querschnittsfläche, welcher mittig zwischen zwei zweiten Bereichen kleinerer Querschnittsfläche angeordnet ist,
    Fig. 2
    eine Ansicht entlang des in Fig. 1 gezeigten Schnitts A-A, wobei der Schnitt A-A durch einen endseitigen zweiten Bereich verläuft,
    Fig. 3
    eine Detailansicht des Absatzes, welcher den Übergang zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich bildet, und
    Fig. 4
    ein Blockdiagramm, welches die einzelnen Verfahrensschritte abbildet.
    Bevorzugte Ausführung der Erfindung
  • Die Fig. 1 zeigt eine Ansicht eines Rohres 1. Das Rohr 1 ist als Flachrohr 1 ausgebildet und weist zwei sich gegenüberliegende Schmalseiten 6 auf und zwei sich gegenüberliegende Breitseiten 7. Das Rohr 1 weist einen ersten Bereich 2 auf und zwei zweite Bereiche 3. Die Querschnittsfläche des ersten Bereichs 2 ist größer als die Querschnittsfläche der zweiten Bereiche 3.
  • Die zweiten Bereiche 3 unterscheiden sich vom ersten Bereich 2 dadurch, dass die Schmalseiten 6 in radialer Richtung hin zur Mittelachse des Rohres 1 gestaucht worden sind, wodurch im Übergang zwischen den zweiten Bereichen 3 und dem ersten Bereich 2 jeweils Absätze 4 an den Schmalseiten 6 ausgebildet sind.
  • Die zweiten Bereiche 3 sind jeweils an den in axialer Richtung gelegenen Endbereichen des Rohres 1 angeordnet, während der erste Bereich 2 mittig zwischen den zweiten Bereichen 3 angeordnet ist. Der erste Bereich 2 bildet dabei den wesentlichen Längenanteil des Rohres 1.
  • Am linken Ende des Rohres 1 der Figur 1 ist ein Querschnitt A-A durch den zweiten Bereich 3 angedeutet. Die Schnittansicht durch den Schnitt A-A ist in Figur 2 dargestellt.
  • Die Figur 2 zeigt eine Ansicht des Querschnitts entlang des Schnitts A-A der Figur 1. Es ist zu erkennen, dass das Rohr 1 ein Flachrohr 1 mit zwei Breitseiten 7 und zwei Schmalseiten 6 ist. Das Rohr 1 ist im Inneren durch Trennelemente 8 in mehrere Kammern 9 unterteilt, entlang welcher das Rohr 1 durchströmt werden kann.
  • Die jeweils den beiden Schmalseiten 6 zugewandten Kammern 9 weisen eine der abgerundeten Außenform des Rohres angepasste Form auf. Sie verjüngen sich ausgehend von der Mitte des Rohres 1 hin zur jeweiligen Schmalseite 6. Der der Schmalseite 6 zugewandte Endbereich ist entsprechend der Außenfläche der Schmalseite 6 abgerundet. Die Materialstärke des Rohres 1 ist im Bereich der Schmalseiten 6 größer als im Bereich der Breitseiten 7.
  • Die restlichen Kammern 9 weisen einen rechteckigen Querschnitt auf. Die Trennelemente 8 weisen ungefähr die gleiche Materialstärke auf wie die Breitseiten 7.
  • Die Figur 3 zeigt eine Detailansicht des Übergangs von einem zweiten Bereich 3 auf den ersten Bereich 2 des Rohres 1. Die Querschnittsverkleinerung im zweiten Bereich 3 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel vollständig durch eine Stauchung der beiden Schmalseiten 6 hin zur Mittelachse des Rohres 1 erzeugt worden. Die beiden Breitseiten 7 sind über die gesamte Länge des Rohres 1 unverändert ausgebildet.
  • In einer alternativen Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass auch die Breitseiten zur Mittelachse des Rohres hin gestaucht werden, um einen vollständig in Umfangsrichtung des Rohres umlaufenden Absatz zu erzeugen.
  • Der in Figur 3 gezeigte Absatz 4 bildet eine Schräge, welche mit einem vorgebbaren Winkel 10 zu einer Schnittebene, welche als Flächennormale auf einer der Breitseiten 7 steht, verläuft. Diese Schnittebene würde bei einem vollständig rechteckigen Querschnitt des Rohres auch parallel zu den Schmalseiten 6 stehen. Bevorzugt beträgt der Winkel 10 ungefähr 12 Grad.
  • In einer alternativen Ausführungsform kann der Absatz auch abweichend ausgebildet sein und beispielsweise eine um 90 Grad abgewinkelte Stufe ausbilden.
  • Die Figur 4 zeigt ein Blockdiagramm, welches den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens beschreibt. Im Block 20 wird das Endlosprofil des Rohrprofils durch Extrudieren beziehungsweise durch Strangpressen erzeugt. Darauffolgend wird im Block 21 das Endlosprofil auf Rohrprofilstücke vorgebbarer Länge abgelängt. Im anschließenden Block 22 wird/werden der Absatz/die Absätze eingeformt. Das Einformen geschieht insbesondere durch Stauchung des Rohrprofils.
  • Die in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Ausführungsformen weisen insbesondere hinsichtlich der Kombination einzelner Merkmale keine beschränkende Wirkung auf. Auch hinsichtlich der konkreten Ausbildung der Absätze, der Formgebung des Rohres und der Aufteilung des Rohrinnenraumes sind die Figuren nicht beschränkend. Das in den Figuren 1 bis 3 gezeigte Rohr 1 kann insbesondere in einem Wärmeübertrager verwendet werden, wobei das Rohr 1 mit den zweiten Bereichen 3 in Öffnungen in einem Rohrboden oder Aussparungen in einem Abstützmittel eingesetzt wird bis die jeweiligen Absätze 4 beziehungsweise der erste Bereich 2 in Anlage mit den Öffnungen beziehungsweise den Aussparungen gerät. Über eine Abstützung der Absätze 4 kann somit eine Fixierung der Rohre in einem Wärmeübertrager erreicht werden.

Claims (13)

  1. Rohr (1) für einen Wärmeübertrager, wobei das Rohr (1) zwei sich gegenüberliegende Breitseiten (7) aufweist und zwei sich gegenüberliegende Schmalseiten (6) aufweist und von einem Medium durchströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (1) zumindest einen ersten Bereich (2) mit einer ersten Querschnittsfläche aufweist und zumindest einen zweiten Bereich (3) mit einer zweiten Querschnittsfläche aufweist, wobei die zweite Querschnittsfläche geringer ist als die erste Querschnittsfläche und der Übergang zwischen dem ersten Bereich und einem zweiten Bereich durch einen zumindest teilweise in Umfangsrichtung an der Außenfläche des Rohres (1) umlaufenden Absatz (4) gebildet ist.
  2. Rohr (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich (3) sich von einem axialen Endbereich des Rohres (1) hin in Richtung zur Rohrmitte erstreckt oder jeweils ein zweiter Bereich (3) sich von jeweils einem der axialen Endbereiche des Rohres (1) hin in Richtung zur Rohrmitte erstreckt.
  3. Rohr (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (1) an den axialen Endbereichen in radialer Richtung gestaucht ist, wodurch an jedem der axialen Endbereiche ein zweiter Bereich von vorgebbarer Länge gebildet ist.
  4. Rohr (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (1) an den beiden Schmalseiten (6) des Rohres (1) in Richtung einer auf der Außenfläche stehenden Flächennormalen gestaucht ist, wobei zwei entlang der Schmalseiten (6) verlaufende Absätze (4) ausgebildet sind.
  5. Wärmeübertrager zur Kühlung von einer Batterie und/oder von einer Leistungselektronik, mit zumindest einem Rohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager zwei ebene plattenförmige Elemente aufweist, welche parallel beabstandet zueinander angeordnet sind, wobei zwischen den plattenförmigen Elementen das zumindest eine Rohr angeordnet ist, wobei das Rohr über ein Abstützelement welches an dem Absatz an der Außenfläche des Rohres angreift gegenüber den plattenförmigen Elementen abgestützt ist.
  6. Wärmeübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr an beiden axialen Endbereichen jeweils einen zumindest teilweise in Umfangsrichtung an der Außenfläche des Rohres umlaufenden Absatz aufweist, wobei das Rohr in axialer Richtung beidseitig durch jeweils zumindest ein Abstützelement gegenüber den plattenförmigen Elemente fixiert ist.
  7. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die plattenförmigen Elemente mit den Abstützelementen ein Gehäuse ausbilden, wobei die Außenfläche des Rohres in Anlage mit den jeweiligen Innenflächen der plattenförmigen Elemente des Gehäuses ist.
  8. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützelemente jeweils durch einen Rohrboden gebildet sind, wobei jeder Rohrboden zumindest eine Öffnung aufweist, wobei in die Öffnung jeweils ein zweiter Bereich eines Rohres passgenau bis zur Anlage des ersten Bereichs am Rohrboden einsteckbar ist.
  9. Verfahren zur Herstellung eines Rohres nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das die folgenden Schritte umfasst:
    ■ Extrudieren beziehungsweise Strangpressen (20) eines Rohrprofils als Endlosprofil oder die Bereitstellung eines solchen Rohrprofils,
    ■ Ablängen (21) des Rohrprofils auf eine vorgebbare Länge,
    ■ Einformen (22) eines zumindest teilweise in Umfangsrichtung an der Außenfläche des Rohres umlaufenden Absatzes.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Rohres nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablängen (21) des Rohrprofils und das Einformen (22) des Absatzes durch ein gemeinsames Werkzeug erfolgen.
  11. Verfahren zur Herstellung eines Rohres nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Einformen (22) des Absatzes durch einen Kallibrierstempel erfolgt, wobei der Kalibrierstempel eine zumindest teilweise entlang des Umfangs des Rohrprofils als Flächennormale wirkende Kraftkomponente auf die Endbereiche des Rohrprofils aufbringt, welche eine Stauchung des Rohrprofils verursacht.
  12. Verfahren zur Herstellung eines Rohres nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ablängen (21) sowohl an dem abgetrennten Teilstück des Rohrprofils als auch an dem restlichen Endlosprofil an den jeweils entstehenden Endbereichen der beiden Rohrprofile eine Stauchung (22) des Endbereichs über eine definierte Länge durch einen Kalibrierstempel erzeugt wird.
  13. Verfahren zur Herstellung eines Rohres nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stauchung (22) des Rohres jeweils an den Schmalseiten eines axialen Endbereichs des Rohres erfolgt, wobei an jeder der Schmalseiten jeweils ein Absatz erzeugt wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102018213124A1 (de) * 2018-08-06 2020-02-06 Mahle Lnternational Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragerrohrs

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