EP3063491A1

EP3063491A1 - Rohrwärmeübertrager

Info

Publication number: EP3063491A1
Application number: EP14790111.0A
Authority: EP
Inventors: Volker Schall; Michael Moser; Stefan Hirsch
Original assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2014-10-29
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2034-10-29
Also published as: DE102013222128A1; WO2015063169A1; EP3063491B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Rohrwärmeübertragers (1) aus zumindest zwei Rohren (2). Erfindungswesentlich ist dabei, das Spritzgießen jeweils einer formgleichen, lokalen Außenkontur (3) um die zumindest zwei Rohre (2), das Herstellen einer Fügeverbindung (4) zwischen zumindest zwei Rohren (2) über ihre formgleiche Außenkontur (3), das Abdichten des Rohrwärmeübertragers (1) im Bereich der Fügeverbindung (4) und/oder entlang zumindest eines Teils der Außenkontur (3). Die Erfindung betrifft ferner einen entsprechenden Rohrwärmeübertrager.

Description

Rohrwärmeübertrager

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rohrwärmeübertragers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Sie betrifft ferner einen durch ein solches Verfahren erhältlichen Rohrwärmeübertrager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4.

Zur Übertragung thermischer Energie von einem Stoffstrom auf einen anderen werden nach dem Stand der Technik sogenannte Wärmetauscher, Wärmeaustauscher oder Wärmeübertrager eingesetzt. Neben dem einfachen Wirkprinzip der direkten Wärmeübertragung, die mit einer unmittelbaren Stoffübertragung zwischen den beiden Strömen einhergeht, bedienen sich gattungsgemäße Vorrichtungen dabei zumeist einer indirekten Wärmeübertragung, bei welcher die betreffenden Stoffströme voneinander durch eine wärmedurchlässige Wand getrennt sind.

Wärmeübertrager der letzteren Kategorie, die sich durch baulich getrennte Räume für ihre beiden Arbeitsmedien kennzeichnen, werden gemeinhin als Rekuperatoren bezeichnen. Diese Bauart umfasst neben herkömmlichen Platten-, Spiral- und Schichtwärmeübertragern insbesondere unterschiedliche Formen sogenannter Rohrwärmeübertrager, die anwendungsspezifisch beispielsweise in der Gestalt sogenannter Rohrbündelwärmeübertrager, U-Rohr-Wärmeübertrager oder Mantelrohrwärmeübertrager ausgeführt werden. Einen typischen Einsatzbereich finden derartige Rohrwärmeübertrager im Kühlsystem herkömmlicher Verbrennungsmotoren. Entsprechende sogenannte flüssigkeits-, insbesondere wassergekühlte Verbrennungsmotoren überführen einen Teil der beim Verbrennungspro- zess anfallenden Wärme durch Wärmeleitung auf ein flüssiges Kühlmittel, wel- ches im Wege einer erzwungenen Konvektion zu einem als Kühlmittelkühler fungierenden Rohrwärmetauscher strömt. Dieser überträgt die durch das Kühlmittel eingeleitete thermische Energie auf einen Luftstrom, der sie letztlich aus dem Motorraum in die Umgebung abführt. Eine weitere Anwendung gattungsgemäßer Rohrwärmeübertrager liegt auf dem Feld der Ölkühlung, bei welcher das als Kühlmittel dienende Öl zugleich als Schmiermittel eines Verbrennungsmotors zu dienen vermag.

Aus DE 20 2008 008 437 U1 ist ein Plattenwärmetauscher mit einer Vielzahl von als Stapel angeordneten Wärmetauscherplatten und einer Hüllschicht aus Kunststoff bekannt, wobei jeweils zwei benachbarte Wärmetauscherplatten einander berührend aneinander anliegen und derart angeordnet sind, dass sie Strömungskanäle für mindestens zwei unterschiedliche und voneinander getrennte Medien bilden.

Vergleichbare Wärmetauscher offenbaren auch US 4,896,410 sowie JP

S58178194 A.

Vergleichsweise aufwändig gestaltet sich jedoch die Herstellung solcher Rohrwärmeübertrager, die je nach Leistungsanforderung eine beträchtliche Anzahl von Einzelrohren umfassen können. Als problematisch erweist sich dabei vor allem die unterschiedliche Querschnitts- und Anschlussgeometrie der verwendeten Rohre. Insofern bedingt die angestrebte räumliche Trennung der Arbeitsmedien eine konstruktive Anpassung weiterer Bauelemente - insbesondere der Böden oder etwaiger Sammlerkästen des Rohrwärmeübertragers - an die Formgebung der Rohre.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Rohrwärmeübertrager bereitzustellen, weicher den baulichen Abstimmungsbedarf seiner Einzelteile auf ein Mindestmaß reduziert und eine deutlich höhere Flexibilität in der Fertigung erlaubt. Die Erfindung stellt sich ferner der Aufgabe, ein universelles und unkompliziertes Verfahren zur Herstellung derartiger Übertrager zu schaffen.

Diese Aufgaben werden durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die unterschiedlichen Formgebungsvarianten der Rohre eines Wärmeübertragers mittels einer formgleichen Außenkontur zu vereinheitlichen, die in einem geeigneten Urformverfahren, vorzugsweise im Wege des Spritzgusses, lokal äußerlich auf die Rohre aufgebracht werden kann. Eine solchermaßen geformte Außenkontur der Rohre gestattet es in einem nachfolgenden Fertigungsschritt, eine Fügeverbindung, insbesondere eine formschlüssige und/oder stoffschlüssige Fügeverbindung, zwischen den Rohren herzustellen und den gesamten Rohrwärmeübertrager somit modular aus Einzelbausteinen zusammenzusetzen, die abschließend im Bereich der Fügeverbindung und/oder entlang zumindest eines Teils der Außenkontur abgedichtet werden.

Die vorgeschlagene Spritzgussmethode, die nach dem Stand der Technik die Fertigung von Spritzgussteilen im Gewichtsbereich von wenigen zehntel Gramm bis zu einer Größenordnung von 150 kg erlaubt, verleiht dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren dabei eine größtmögliche Flexibilität hinsichtlich der Formgebung der gewünschten Außenkontur. Darüber hinaus ermöglicht sie eine Produktion direkt verwendbarer Rohre in großer Zahl zu vergleichsweise niedrigen Stückkosten. Schließlich lässt sich die gewählte Spritzgießtechnik auch dazu verwenden, zeitgleich zur Abdichtung des Rohrwärmeübertragers eine Bodenkontur an den Rohren zu formen, was den zusätzlichen Prozessschritt einer Verbin- dung der Rohre mit einem getrennten Bodenelement unter Umständen verzichtbar macht.

Das Abdichten kann dabei insbesondere mittels thermischem oder mechanischem Fügen, mittels Kleben, mittels Spritzgießen mit einer separaten Dichtmasse oder mittels Spritzgießen mit dem Material der Außenkontur erfolgen. Bereits diese Aufzählung lässt erahnen wie vielfältig und flexible die Fertigung eines mittels der erfindungsgemäß ausgebildeten Einzelrohre zusammengesetzter Rohrwärmetauscher gestaltet werden kann. Dabei ist selbstverständlich auch eine Kombination zumindest zweier aufgezählter Dichtverfahren denkbar. So können beispielsweise mehrere Rohre über ihre jeweilige Außenkontur formschlüssig miteinander verbunden und anschließend in einem zweiten Spritzgussvorgang durch Anspritzen einer Dichtung abgedichtet werden. Die formschlüssige Fügeverbindung kann zusätzlich dadurch verstärkt werden, dass die jeweiligen Außenkonturen eine puzz- leteilartige Geometrie aufweisen und dadurch in der Art von Puzzleteilen miteinander verbunden werden können. Denkbar ist aber auch, dass bereits die Fügeverbindung so hergestellt wird, dass diese fluiddicht ist.

Ein erfindungsgemäßer Rohrwärmeübertrager umfasst zumindest zwei thermisch durchlässige, gleichwohl fluiddichte Rohre zum Leiten eines fluiden ersten Wärmeträgers sowie wenigstens einen mit den Rohren thermisch verbundenen und von diesen strömungstechnisch getrennten Fluidkanal zum Leiten eines fluiden zweiten Wärmeträgers. Der wenigstens eine Fluidkanal kann einen Fluideinlass zum Einbringen des zweiten Wärmeträgers in den Fluidkanal sowie einen Fluidauslass zum Ausleiten des Wärmeträgers aus dem Fluidkanal aufweisen. Insbesondere kann der Fluidkanal als Kessel ausgebildet sein. Der Rohrwärmeübertrager kann auch als sogenannter

Rippe-Rohr-Wärmeübertrager realisiert sein. Der erfindungsgemäße Rohrwärmeübertrager umfasst eine durch ein Spritzgussteil geformte Außenkontur der Rohre zum Herstellen einer Fügeverbindung zwischen zumindest zwei Rohren. Ferner umfasst der Rohrwärmeübertrager eine Dichtung im Bereich der Fügeverbindung und/oder entlang zumindest eines Teils der Außenkontur.

In einer bevorzugten Ausführungsform kommt ein thermoplastischer Kunststoff als Basismaterial der Außenkonturen zum Einsatz. Die Rohre selbst sind aus einem sehr gut wärmeübertragenden Material, beispielsweise aus Metall. In dieser Gestaltungsvariante kann das Abdichten des Rohrwärmeübertragers im Wege eines thermischen Fügeverfahrens erfolgen, beispielsweise mittels Heizelementschweißen, Warmgasschweißen, Rotationsreibschweißen, Ultraschallschweißen, Hochfrequenzschweißen, Vibrationsschweißen, Zirkularschweißen, Laserdurchstrahlschweißen oder Heißverstemmen benachbarter Kunststoffrohre. In Kombination mit einer entsprechenden Dichtung kann das thermische Fügen dabei mit der Aktivierung oder Aushärtung der Dichtmasse einhergehen, sodass die zugeführte Wärme eine zweifache Funktion erfüllt.

Bezüglich der erwähnten Dichtung ist zudem an die Verwendung einer elastischen oder plastoelastischen Dichtmasse zu denken. Ein solcher Werkstoff verleiht dem modularen Aufbau des Rohrwärmeübertragers eine insgesamt erhöhte Flexibilität und Widerstandsfähigkeit gegenüber thermomechanischen Belastungen, denen der Rohrwärmeübertrager durch die starken Temperaturunterschiede im Betrieb unterliegen mag.

Im Beispiel der Figuren sind die Rohre jeweils als sogenannte Einkammerrohre dargestellt. Das hier vorgestellte Verfahren eignet sich jedoch gleichermaßen zum Herstellen eines Rohrwärmeübertragers, dessen wenigstens zwei Rohre wenigstens ein Rohr umfassen kann, welches als Mehrkammer- rohr mit wenigstens zwei Rohrkammern realisiert ist. Ein solches Mehrkam- merrohr kann durch einen gemeinsamen Steg in zwei fluidisch voneinander getrennte Rohrkammern unterteilt sein. Denkbar ist dabei auch die Unterteilung des Rohrs in mehr als zwei Rohrkammern durch Verwendung einer entsprechenden Anzahl an Stegen. In Betracht mag insbesondere die Ausbildung des Mehrkammerrohrs als sogenanntes Doppelrohr kommen, bei welchem ein Innenrohr eine erste Rohrkammer ausbildet und ein, insbesondere konzentrisch zum Innenrohr angeordnetes, Außenrohr eine zweite

Rohrkammer ausbildet. Die Rohrkammern des Mehrkammerrohrs können sich längsparallel, also parallel entlang einer Längsrichtung des Rohrs, zueinander erstrecken.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.

Es zeigen, jeweils schematisch den Längsschnitt durch ein Rohr eines erfindungsgemäßen Rohr- wärmeübertragers, die Vorderansicht des Rohrs der Figur 1 gemäß einer ersten Formvariante, die Vorderansicht des Rohrs der Figur 1 gemäß einer zweiten Formvariante, die Vorderansicht des Rohrs der Figur 1 gemäß einer dritten Formvariante, die Vorderansicht eines Rohrwärmeübertragers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung mitsamt einer umlaufenden Bodenkontur, die Seitenansicht des Rohrwärmeübertragers gemäß der ersten Ausführungsform, die Vorderansicht zweier noch unverbundener Rohre eines Rohrwärmeübertragers gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, den Längsschnitt der nunmehr verbundenen Rohre der Figur 7, den Längsschnitt der Rohre der Figuren 7 und 8 nach dem Abdichten, den gegenüber der Figur 9 vergrößerten Längsschnitt des Dichtungsbereichs, die Vorderansicht zweier noch unverbundener Rohre eines Rohr- wärmeübertragers gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, den Längsschnitt der Rohre der Figur 1 1 , die Vorderansicht zweier noch unverbundener Rohre eines Rohrwärmeübertragers gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung, die Vorderansicht zweier noch unverbundener Rohre eines Rohrwärmeübertragers gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung, die Vorderansicht eines Rohrwärmeübertragers gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung, den teilweisen Längsschnitt eines Rohrwärmeübertragers gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung mit zumindest teilelastischer Dichtung, die Vorderansicht des Rohrwärmeübertragers gemäß der siebten Ausführungsform, die Seitenansicht zweier Bestandteile eines Rohrwärmeübertragers gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung, die Seitenansicht des Rohrwärmeübertragers gemäß der achten Ausführungsform, die Vorderansicht des Rohrwärmeübertragers gemäß der achten Ausführungsform, die Vorderansicht einer Ausgangsform eines Sammlersegments eines Rohrwärmeübertragers gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung, die Seitenansicht des Sammlersegments der Figur 21 , die Draufsicht des Sammlersegments der Figuren 21 und 22, den Schnitt des Sammlersegments in der Ebene A-A der Figur 21 , die Vorderansicht des Sammlers des Rohrwärmeübertragers gemäß der neunten Ausführungsform, die Seitenansicht des Sammlers des Rohrwärmeübertragers gemäß der neunten Ausführungsform, die Seitenansicht zweier jeweils zwei Sammlersegmente umfassender Bausteine des Rohrwärmeübertragers gemäß der neunten Ausführungsform, Fig. 28 die Seitenansicht eines sechs Sammlersegmente umfassenden

Bausteins des Rohrwärmeübertragers gemäß der neunten Ausführungsform,

Fig. 29 die Seitenansicht einer ersten Sonderform des Sammlersegments des Rohrwärmeübertragers gemäß einer neunten Ausführungsform und

Fig. 30 den Längsschnitt einer zweiten Sonderform des Sammlersegments des Rohrwärmeübertragers gemäß der neunten Ausführungsform.

Die Figuren 1 bis 4 diskutieren die grundsätzliche Rohrform eines erfindungsgemäßen Rohrwärmeübertragers 1 anhand des in Figur 1 gezeigten Längsschnitts eines einzelnen Rohrs 2. Erkennbar ist in dieser vereinfachten Darstellung die jeweils längsendseitig um das Rohr 2 geformte Außenkontur 3 in Form eines Spritzgussteils, die dem Rohr 2 stirnseitig eine im Wesentlichen quaderförmige Anschlussgeometrie verleiht.

Wie die Figuren 2, 3 und 4 anschaulich belegen, hängt die Außenkontur 3 dabei nicht von der durchaus variablen Geometrie des Rohrs 2 ab, das etwa wie im Falle der Figur 2 einen elliptischen, wie im Falle der Figur 3 einen langgestreckt rechteckigen oder wie im Falle der Figur 4 einen kreisrunden Querschnitt aufweisen mag.

Im Beispiel der Figuren sind die Rohre 2 jeweils als sogenannte Einkammerrohre realisiert. Das hier vorgestellte Verfahren eignet sich jedoch gleichermaßen zum Herstellen eines Rohrwärmeübertragers, dessen wenigstens zwei Rohre wenigstens ein Rohr aufweisen kann, welches als Mehrkammerrohr realisiert ist. Ein solches Mehrkammerrohr kann durch einen gemein- sannen Steg in zwei fluidisch voneinander getrennte Rohrkammern unterteilt sein. Denkbar ist dabei auch die Unterteilung des Rohrs in mehr als zwei

Rohrkammern, beispielsweise durch Verwendung einer entsprechenden Anzahl an Stegen zur Unterteilung des Rohrs in die entsprechende Anzahl an fluidisch voneinander getrennten Kammern. In Betracht mag auch die Ausbildung des Mehrkammerrohrs als sogenanntes Doppelrohr kommen, bei welchem ein Innenrohr eine erste Rohrkammer ausbildet und ein, insbesondere konzentrisch zum Innenrohr angeordnetes, Außenrohr eine zweite

Rohrkammer ausbildet. Die Rohrkammern können sich längsparallel, also parallel entlang einer Längsrichtung des Rohrs, zueinander erstrecken.

Den somit ermöglichten modularen Gesamtaufbau eines Rohrwärmeübertragers 1 erläutern die Figuren 5 und 6 nunmehr anhand einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die drei Rohre 2 dieses Rohrwärmeübertragers 1 , die jeweils für sich betrachtet näherungsweise der elliptischen Formvariante der Figur 2 entsprechen, fügen sich in dieser Ausgestaltung zu einer gemeinsamen Bodenkontur 6 zusammen. Hierzu wurden die Rohre 2 nach dem Spritzgießen ihrer jeweiligen Außenkontur 3 im Zuge eines zweiten Spritzgussschrittes fluiddicht miteinander verbunden und um die rechteckige Bodenkontur 6 ergänzt, die dem Boden des Rohrwärmeübertragers 1 , wie die Figuren 5 und 6 in Kombination verdeutlichen, eine im Wesentlichen hohlquaderförmige Gestalt verleiht.

Die Rohre 2 des Rohrwärmeübertragers 1 sind thermisch durchlässig sowie fluiddicht ausgebildet und dienen zum Leiten eines fluiden ersten Wärmeträgers. Der Rohrwärmeübertrager 1 umfasst ferner wenigstens einen von den Rohren 2 strömungstechnisch getrennten Fluidkanal zum Leiten eines fluiden zweiten Wärmeträgers (in den Figuren nicht gezeigt). Der wenigstens eine Fluidkanal ist thermisch mit den Rohren 2 verbunden. Er kann einen Fluideinlass zum Einleiten des zweiten Wärmeträgers in den Fluidkanal sowie einen Fluidauslass zum Ausleiten des zweiten Wärmeträgers aus dem

Fluidkanal aufweisen. Der wenigstens eine Fluidkanal kann auch als Kessel ausgebildet sein.

Das Herstellen des Rohrwärmeübertragers 1 erfolgt wie oben diskutiert modular und damit äußerst flexibel. Zunächst wird hierzu jeweils eine formgleiche lokale Außenkontur 3 um zumindest zwei Rohre 2 gespritzt, um diese anschließend über diese Außenkonturen 3 miteinander zu fügen. Es entsteht somit eine Fügeverbindung 4 zwischen zwei Außenkonturen 3 zweier benachbarter Rohre 2. Danach erfolgt das Abdichten des Rohrwärmeübertragers 1 im Bereich der Fügeverbindung 4 und/oder entlang zumindest eines Teils der Außenkontur 3. Hierfür wird eine Dichtung 5 verwendet, die aus einer separaten Dichtmasse 7 oder aus dem Material der Außenkontur 3 hergestellt ist. Die Dichtung 5 kann auch durch Verwenden eines die Fügeverbindung stabilisierenden Klebstoffs oder mittels Spritzgießen, thermischem Fügen, mechanischem Fügen, Kleben und/oder Dichtspritzen hergestellt werden kann. Die Dichtung 5 kann sich dabei nur um die gemeinsame Außenseite aller Außenkonturen 3 erstrecken oder aber zusätzlich auch im Bereich der Fügeverbindung 4, sofern diese nicht ohnehin fluiddicht ist.

Im Bereich der späteren Fügeverbindung 4 können die Außenkonturen 3 auch sogenannte Bindekörper 17 aufweisen, die bei der Herstellung der Fügeverbindung 4 aufgeschmolzen und stoffschlüssig mit der Außenkontur 3 eines benachbarten Rohres 2 verbunden werden (vgl. Fig. 2,3). Dabei können die Bindekörper 17 durch Erhebungen gebildet sein, die von der Oberfläche der Außenkontur 3 abstehen und bei der Herstellung der Außenkontur 3 an dieser ausgeformt sind, so dass die Bindekörper 17 einteilig mit der Außenkontur 3 ausgebildet sind. Durch die Berücksichtigung der Bindekörper 17 bereits bei der Herstellung bzw. Ausformung, entsteht für die Herstellung der Außenkontur 3 keine Kostenerhö- hung. Außerdem sind diese Bindekörper 17 durch ihre Integration in die Form der Außenkontur 3 mit dieser hochwirksam verbunden. Die Bindekörper 17 können dabei eine kegelartige Gestalt aufweisen.

Ein leicht abgewandelter Ansatz sei unter Bezugnahme auf die Vorderansicht der Figur 7 sowie die Längsschnitte der Figuren 8 bis 10 anhand einer zweiten Ausführungsform der Erfindung erläutert. Gemäß dieser alternativen Herangehensweise ist die angestrebte Bodenkontur 6 des Rohrwärmeübertragers 1 gleichsam bereits in der Außenkontur 3 seiner einzelnen Rohre 2 angelegt, wie Figur 7 veranschaulicht.

Figur 8 lässt dabei erkennen, wie die entlang ihrer komplementären Außenkontur 3 aneinandergereihten Rohre 2 jeweils paarweise eine formschlüssige Fügeverbindung 4 miteinander eingehen, welche, wie Figur 9 illustriert ist mittels einer insbesondere stoffschlüssigen Dichtung 5 im Kontaktbereich hermetisiert werden kann. Die gemäß der Fig. 8 gezeigte Fügeverbindung 4 ist dabei fluiddicht oder wird zusätzlich mit einer Dichtung 5 abgedichtet. Figur 10 zeigt, wie sich die verwendete Dichtmasse 7 in diesem Fall dem abbildungsgemäß vergrößerten Abschnitt der Außenkontur 3 anschmiegt, sodass ein durch deren charakteristische Gestalt bewirkter Formschluss um den durch die Dichtung 5 erzielten Stoffschluss ergänzt werden kann.

Dabei ist der entlang der gewählten Außenkontur 6 der Rohre 2 gewählte Formschluss keineswegs lediglich durch das Aneinanderlegen planer Gegenoberflächen zu erreichen. Vielmehr belegen die rein exemplarisch gewählten dritten, vierten und fünften Ausführungsformen der Figuren 1 1 bis 14 die Verfügbarkeit zahlreicher Gestaltungsvarianten, deren paarweise benachbarte Rohre 2 über ihre aneinander angepasste Außenkontur 3 gleichsam wie bei einem Puzzle inei- nander eingreifen und auf diese Weise eine wechselseitige Verzahnung realisieren.

Eine angemessene Spielpassung der in Kontakt tretenden Flächen verhilft dem resultierenden Rohrwärmeübertrager 1 auch hier zu einer erhöhten Biegsamkeit, wie sie etwa die in der Sagittalebene beweglichen Wirbelgelenke des menschlichen Bewegungsapparats teilen. Eine zielgerichtete Formgebung kann sich dabei insbesondere der aus der numerischen Mathematik bekannten Finite-Elemente- Methode (FEM) zur Lösung partieller Differentialgleichungen bedienen, wie sie auch in anderen Bereichen der Festkörpersimulation seit Langem Anwendung findet.

Figur 15 zeigt eine sechste Ausführungsform der Erfindung. Wie im Falle der zweiten Ausführungsform der Figuren 7 bis 10 ist auch hier die angestrebte Bodenkontur 6 des Rohrwärmeübertragers 1 gleichsam bereits in der Außenkontur 3 seiner einzelnen Rohre 2 angelegt, wobei die im Wesentlichen formgleiche Außenkontur 3 der beiden mittleren Rohre 2 sich hier jedoch mit zwei komplementär beschaffenen Abschlussbausteinen 15 am abbildungsgemäß oberen und unteren Ende des Rohrwärmeübertragers 1 zur vollständigen Bodenkontur 6 zusammenfügen.

Demgegenüber weist die siebte Ausführungsform der Erfindung, deren Aufbau den Figuren 16 und 17 zu entnehmen ist, eine andere Besonderheit auf. Insofern wird in dieser Ausgestaltung eine zumindest teilelastische Dichtmasse 7 bzw. Dichtung 5 verwendet, die die Dichtfläche und Krafteinleitungszone jedes Rohrs 2 effektiv voneinander separiert. Diese Trennung ermöglicht es dem solchermaßen modular aufgebauten Rohrwärmeübertrager 1 , in mindestens zwei unterschiedlichen Achsen thermische Dehnungen aufnehmen zu können. Die Figuren 18, 19 und 20 geben eine achte Ausführungsform der Erfindung wieder, die sich durch einen auf die Bodenkontur 6 aufgesetzten Sammler 1 1 kennzeichnen. Wie der Vergleich zwischen der Darstellung der Figur 18 und jener der Figur 19 verdeutlicht, ergibt sich dabei eine geringfügige Überlappung zwischen Boden 16 und aufgesetztem Sammler 1 1 , die beiden Bestandteilen des Rohrwärmeübertragers 1 eine ausreichende Kontaktfläche zur Anwendung einer geeigneten Schweiß- oder Klebetechnik, optional unter zusätzlicher Anwendung eines Dichtmittels, verleiht.

Die übrigen Figuren 21 bis 30 beziehen sich schließlich auf eine umfassende neunte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rohrwärmeübertragers 1 , die sich dessen modularen Aufbau zunutze macht, um das zusätzliche Bauelement des Sammlers 1 1 der Figuren 18 bis 20 durch eine integrale Formvariante zu ersetzen.

Wie vor allem die Draufsicht der Figur 23 erkennen lässt, bedient sich diese neunte Ausführungsform hierzu insbesondere eines Sammlersegments 9 in Form eines ovalen Hohlzylinders. Das, wie die Vorderansicht der Figur 21 zeigt, gemäß dieser Gestaltungsvariante im Querschnitt deutlich abgeflachte Rohr 2 mündet in den Innenraum des besagten Sammlersegments 9 und weist seinerseits beidseitig an der Außenseite des Rohrs 2 verlaufende Rippen 8 auf, die seine Oberfläche zugunsten einer verbesserten Wärmeübertragung beträchtlich vergrößern.

Der auf unterschiedlichen Baugruppen 10 basierende modulare Aufbau des Rohrwärmeübertragers 1 sei nunmehr anhand der einander entsprechenden Seitenansichten der Figuren 27 und 28 erläutert. Figur 27 zeigt dabei eine aus lediglich einem einzigen mit Rippen 8 versehenen Rohr 2 gemeinsam mit zwei stirnseitigen Sammlersegmenten 9 der beschriebenen Bauart gebildeten einfache Baugruppe 10 des Rohrwärmeübertragers 1 , die sich erkennbar mit einer baugleichen Baugruppe 10 entlang einer endseitigen Dichtung 5 zusammenfügt. Die Sammlersegmente 9 verbinden sich in diesem Szenario zu einem sämtliche Baugruppen 10 schlauchartig durchziehenden Sammler 1 1 und lassen das aufwändige Aufsetzen eines eigenständigen Sammler- oder Wasserkastens somit entfallen.

Figur 28 hingegen offenbart den möglichen Rückgriff auf eine umfassendere Baugruppe 10, die gleich drei analog der Figur 27 konfigurierte Rohre 2 mitsamt der entsprechenden Anzahl von Dichtungen 5, Rippen 8 und Sammlersegmenten 9 zu einer gemeinsamen Einheit zusammenfasst. Die Baugruppe 10 umfasst zwei auf die - die abbildungsgemäß obersten Sammlersegmente 9 umlaufenden - Dichtungen 5 aufgelegte Deckel 14, die den solchermaßen gebildeten Sammler 1 1 endseitig abschließen.

Die Baugruppe 10 der Figur 28 nutzt darüber hinaus eine erste Sonderform des Sammlersegments 9, deren Einzelheiten die folgende Figur 29 vergrößert wiedergibt. Diese erste Sonderform zeichnet sich durch einen gegenüber dem Rohr 2 in das Sammlersegment 9 mündenden Anschlussstutzen 13 aus. Figur 30 hingegen zeigt eine zweite Sonderform des Sammlersegments 9 im teilweisen Längsschnitt, das stattdessen eine integrierte Trennwand 12 nahe ihrem abbildungsgemäß oberen Rand aufweist.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Rohrwärmetauscher 1 bieten dabei folgende Vorteile:

• Hohe Variabilität bei der Verwendung verschiedener Rohrgeometrien,

• variabler Aufbau des Rohrwärmetauschers 1 und Einsatz verschiedener

Rohrgeometrien in Form eines Baukastens durch angepasste gleiche Außenkonturen 3 der Rohre 2, Höhere Widerstandsfähigkeit gegenüber thermischen Belastungen durch zumindest teilelastische Dichtung 5,

Verwendung von Gleichteilen im Sammlerbereich bzw. direkt gefertigten Strukturen durch bspw. An- oder Umspritzen,

Verwendung von Gleichteilen, Reduktion von Bauteilen und Lager- und Logis tikosten,

Geringerer Energieeinsatz bei der Herstellung und somit weniger CO₂-

Ausstoß als beim Lötkühler,

Kostengünstiger.

Claims

Ansprüche

1 . Verfahren zum Herstellen eines Rohrwärmeübertragers (1 ) aus zumindest zwei Rohren (2),

gekennzeichnet durch

das Spritzgießen jeweils einer formgleichen Außenkontur (3) um die zumindest zwei Rohre (2),

das Herstellen einer Fügeverbindung (4) zwischen den zumindest zwei Rohren (2) über ihre formgleiche Außenkontur (3),

das Abdichten des Rohrwärmeübertragers (1 ) im Bereich der Fügeverbindung (4) und/oder entlang zumindest eines Teils der Außenkontur (3).

2. Verfahren nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Abdichten mittels thermischem oder mechanischem Fügen, mittels Kleben, mittels Spritzgießen mit einer separaten Dichtmasse (7) oder mittels Spritzgießen mit dem Material der Außenkontur (3) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

gekennzeichnet durch

ein zeitgleich mit dem Abdichten erfolgendes Spritzgießen einer Bodenkontur (6) an den Rohren (2).

4. Rohrwärmeübertrager (1 ) mit zumindest zwei thermisch durchlässigen, fluiddichten Rohren (2) zum Leiten eines fluiden ersten Wärmeträgers und

einem mit den Rohren (2) thermisch verbundenen und von diesen strömungstechnisch getrennten Fluidkanal, der inbesondere als Kessel ausgebildet ist, zum Leiten eines fluiden zweiten Wärmeträgers,

gekennzeichnet durch

eine durch ein Spritzgussteil geformte Außenkontur (3) der Rohre (2) zum Herstellen einer Fügeverbindung (4) zwischen zumindest zwei Rohren (2) und

eine Dichtung (5) des Rohrwärmeübertragers (1 ) im Bereich der Fügeverbindung (4) und/oder entlang zumindest eines Teils der Außenkontur (3).

Rohrwärmeübertrager nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

dass die Außenkontur (3) puzzleteilartige ausgebildet ist und dadurch ein formschlüssiges Ineinandergreifen mit einer Außenkontur (3) eines benachbarten Rohrs (2) ermöglicht.

Rohrwärmeübertrager nach Anspruch 4 oder 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Dichtung (5) eine elastische Dichtmasse

(7) aufweist, die eine begrenzt bewegliche Fixierung einzelner Rohre (2) über ihre jeweilige Außenkontur (3) an einem benachbarten Rohr (2) ermöglicht.

Rohrwärmeübertrager nach einem der Ansprüche 4 bis 6,

gekennzeichnet durch

mehrere aus jeweils mindestens einem Rohr (2), mindestens einer Rippe (8) und mindestens einem die Außenkontur (3) umfassenden Sammlersegment (9) gebildete Baugruppen (10), so konfiguriert, dass die Sammlersegmente (9) gemeinsam einen die Baugruppe (10) schlauchartig durchziehenden Sammler (1 1 ) bilden.

8. Rohrwärmeübertrager nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, dass

mindestens einer der Baugruppen (10) eine vorzugsweise integrierte Trennwand (12) zum Trennen der Sammlersegmente (9) aufweist.

9. Rohrwärmeübertrager nach Anspruch 7 oder 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

mindestens einer der Baugruppen (10) einen Anschlussstutzen (13) zum Anschließen des Sammlers (1 1 ) aufweist.

10. Rohrwärmeübertrager nach einem der Ansprüche 7 bis 9,

gekennzeichnet durch

einen komplementär zu den Sammlersegmenten (9) geformten Deckel (14) zum Abdecken des Sammlers (1 1 ).

1 1 . Rohrwärmeübertrager nach einem der Ansprüche 7 bis 10,

gekennzeichnet durch

mindestens einen komplementär zu den Baugruppen (10) geformten Abschlussbaustein (15), so konfiguriert, dass die Baugruppen (10) und der Abschlussbaustein (15) gemeinsam eine Bodenkontur (6) formen.

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