EP3087337B1 - Wärmetauscher mit umlaufender dichtung - Google Patents

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EP3087337B1
EP3087337B1 EP14812156.9A EP14812156A EP3087337B1 EP 3087337 B1 EP3087337 B1 EP 3087337B1 EP 14812156 A EP14812156 A EP 14812156A EP 3087337 B1 EP3087337 B1 EP 3087337B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
seal
heat exchanger
groove
passages
receiving groove
Prior art date
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Active
Application number
EP14812156.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3087337A1 (de
Inventor
Harald Bronner
Markus Gutjahr
Markus Hübsch
Claus Augenstein
Reinhard Kull
Stefan Weise
Jens Ruckwied
Jochen HÄUSSERMANN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mahle Behr GmbH and Co KG filed Critical Mahle Behr GmbH and Co KG
Publication of EP3087337A1 publication Critical patent/EP3087337A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3087337B1 publication Critical patent/EP3087337B1/de
Active 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
    • 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
    • F28F9/0226—Header boxes formed by sealing end plates into covers with resilient gaskets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2230/00—Sealing means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/16—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for preventing leakage
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/12—Fastening; Joining by methods involving deformation of the elements

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger having a base, a seal and a cover according to the preamble of claim 1.
  • connection of a cover to a base (tube sheet) of a heat exchanger requires a reliable seal between the two elements mentioned in order to reliably prevent the leakage of coolant and thus a possible failure of the heat exchanger or an assembly to be cooled by it.
  • a base of such a heat exchanger is often provided as a tube sheet with corresponding passages through which, for example, flat tubes are drawn.
  • Said cover can be designed, for example, as a coolant box and thus contain coolant.
  • a reliable seal between the cover and the base is usually achieved by means of a seal which is inserted into a corresponding receiving groove in the base.
  • the receiving groove actually consists of two parallel receiving grooves, which are arranged orthogonally to the passages in the base at the edge of the base and are also produced when the base is punched or reshaped.
  • the seal runs between the two receiving grooves orthogonally to the same, usually also at the edge of the base in a specially designed groove.
  • the present invention is concerned with the problem of addressing an alternative embodiment for a heat exchanger of the generic type, which in particular enables simplified manufacture.
  • the present invention is based on the general idea of creating a heat exchanger whose bottom (tube bottom) is to be manufactured by the meter and can therefore be used in a comparatively flexible manner for heat exchangers of different sizes.
  • the heat exchanger according to the invention comprises a base, a seal and a cover, the base, usually also called tube base, having two parallel spaced apart grooves extending in the longitudinal direction of the base, which are located on two opposite sides of the Arranged at the bottom and designed to receive side projections of the cover. Each of these grooves also has a groove base.
  • the base has at least three passages, ie openings for flat tubes, which are arranged parallel to one another and spaced apart from the receiving grooves in a plane and extend perpendicular to and between the receiving grooves.
  • An intermediate region is formed in one plane between two such passages, which is arranged at a height difference h parallel to the groove bases of the receiving grooves. Between each intermediate area and the groove bases, a ramp runs parallel to the longitudinal direction of the passages, the ramps being parallel to one another.
  • the seal itself is designed as a circumferential sealing cord.
  • the seal now runs in the receiving grooves and each with a sealing web over two ramps and an intermediate area in between, the ramps being inclined at an angle of 20 ° ⁇ ⁇ 65 ° with respect to the plane of the intermediate area, ie usually with respect to the horizontal, or have an S-shaped profile, a turning point W in the range of 10% to 80% of the height difference h being arranged starting from the groove bottom of the receiving groove.
  • the ramps are rounded at the transition to the receiving groove or at the transition to the intermediate area with a corresponding radius R1, R2, in particular to minimize tensile and compressive stress peaks on the seal caused by sharp kinks in this seal.
  • the ramp is rounded with a radius R1, whereas it is rounded at the transition to the intermediate area with a radius R2.
  • the seal is clamped in the assembled state without excessive surface pressure or deformation between the base and cover.
  • the heat exchanger according to the invention is thus on the one hand the use of a continuous sheet formed as a bottom possible, and on the other hand at the same time ensures an optimal sealing effect, since the surface pressure or the deformation of the built-in seal does not exceed or fall below critical limit values.
  • the angle ⁇ between 20 ° and 65 °, the sealing effect and the load on the seal can also be influenced.
  • an angle of ⁇ ⁇ 20 ° there would be disadvantages for the later forming process of the passage and disadvantages with regard to the lateral guidance of the seal along the receiving groove.
  • the contact pressure exerted by the cover on the seal may be too low, so that the sealing effect may not be guaranteed.
  • improved contact between the seal and the floor and thus an improved sealing function can be achieved.
  • radii R1 and R2 would result which would either have a disadvantageous effect on the subsequent forming process of the passage or unfavorably on the width of the floor and thus also on the required installation space.
  • the turning point W is in the range of ⁇ 10% of the height difference h
  • the result is an S-shaped ramp that either has a disadvantageous effect on the floor width and thus the installation space or has a disadvantageous effect on the seal with regard to the stress peaks.
  • the turning point W is in the range of> 80% of the height difference h, the result is an S-shaped ramp which has a disadvantageous effect on the subsequent forming process.
  • a ratio of the radius R1 or R2 to a radius R3 of the section of the sealing cord or seal in the receiving groove in the unpressed state is advantageously 0.3 ⁇ R1 / R3 ⁇ 3.0 or 0.3 ⁇ R2 / R3 ⁇ 3.0. Defining this range of the ratio between the radius of the curve of the ramp and the radius of the seal optimizes the sealing effect. Too low a ratio would in fact cause a leak due to insufficient surface pressure on the Cause the transition area between the receiving groove and the ramp, with too large a ratio causing too little contact pressure along the ramp and a disadvantage in terms of installation space due to a wider base.
  • a longitudinal end of a passage facing the receiving groove is expediently between 1 mm ⁇ a ⁇ 15 mm, in particular between 2 mm ⁇ a ⁇ 6 mm closer to the receiving groove than a transition from the ramp to the intermediate area.
  • At least one of the ramps is designed as a groove which extends parallel to the longitudinal direction of the passages and in which the seal runs in sections, the ratio of the degree of groove filling through the seal in the groove and the at least one ramp to the degree of groove filling through the seal in the receiving groove in the pressed state of the seal is between 1.0 and 1.4.
  • the degree of groove filling is defined as the ratio between the cross-section of the pressed seal and the free cross-sectional area.
  • the ratio specified above makes it possible to achieve that the seal can be optimally guided and fixed and, at the same time, a stronger compression can be achieved in the ramp area, which improves the sealing function.
  • the compression should be greater in the area of the ramp than along the receiving groove in order to be able to ensure an optimal sealing effect.
  • the ramps expediently have a width b1 and the intermediate regions a width b2, the ratio b1 to b2 being between 0.3 and 1.0.
  • the degree of groove filling should be between 70 and 100% at both points.
  • this can be done by varying the diameter of the seal along the ramp, in particular at the transition area, or by varying the free cross-sectional area along the ramp at the transition area.
  • the desired degree of slot filling can be achieved in a particularly simple constructive manner. It is particularly advantageous if the cross section of the seal is> 40%, in particular between 50% and 70% of the cross section of the unpressed seal along the receiving groove.
  • the seal has at least one prestressing web for reducing tensile stresses on the seal, the at least one prestressing web being arranged parallel to a sealing web.
  • the sealing web of the seal runs over two ramps as well as an intermediate region outside the prestressing web running parallel to it.
  • Prestressing webs can generally be components of the seal and ensure that it is under prestress along the receiving grooves, whereby tensile stress on the seal in the area of the transition between the passages can be reduced. This makes it possible to ensure the desired position of the seal both along the receiving groove and between the passages.
  • the cover is expediently designed as a box, which has longitudinal side projections on the outside of the box on two opposite sides, the side projections extending in the receiving grooves and having a protrusion protruding longitudinally beyond the seal.
  • the cover is advantageously designed as a box which has a box base, a projection for positioning the box on the floor being arranged on a longitudinal side on the outer area of the box base.
  • a projection for positioning the box on the floor can be arranged on the outer area of the side projection.
  • the side protrusion is, for example, the box foot. Due to the position of the seal between the passages in the area of a narrow side, it is advantageous for pressing the seal if the connection between the base and the cover or box extends along the receiving groove at least to the point where the seal is sufficient the receiving groove turns over the ramp into the intermediate area. It is particularly advantageous here if the side projection has a protrusion along the receiving groove, which results in an H-shaped design. The H-shape is brought about by the two protrusions of the side projection on both sides in combination with the web of the side projection between the passages. The overhangs of the side protrusion can either end flush with the receiving groove or protrude beyond it.
  • the heat exchanger has a side part that is inserted through a passage in the bottom, with a side part overhang s for closing the bottom with the cover, the averaged distance between the side part and an adjacent, outer flat tube having the value q and where the ratio s through q is between 0.3 and 0.7.
  • This ensures that an optimal sealing effect in the area of the sealing web, ie the intermediate area, can be ensured with minimal installation space.
  • the ratio s to q can also assume a value greater than 0.7, in particular if partial or complete blocking of the outer tube is desired in the case of heat exchangers subject to high thermal loads.
  • the cover geometry is to be designed in such a way that the outer wall of the cover completely prevents or at least reduces a flow through the outer tube or several of the outer tubes.
  • the cover geometry can also be selected in such a way that one or more guide elements restrict or completely prevent the flow against the outermost tube or tubes (flat tubes).
  • all passages have the same contour and the same area. This enables a simple production of the floor with an endless sheet.
  • At least the two outer passages arranged at the lateral ends of the base have a surface area that differs from the otherwise identical surface area of the other passages by a factor of 0.8 to 1.3. This means that side parts with different wall thicknesses can be used, which increases the strength of the component.
  • a heat exchanger 1 has a base 2, a seal 3 and a cover 4.
  • a heat exchanger 1 according to the prior art is shown
  • an inventive heat exchanger 1 is shown. If one now looks at the base 2, it can be seen that it has two parallel spaced apart grooves 5, 5 'extending in the longitudinal direction of the base 2, which are arranged on two opposite sides of the base 2 and for receiving side projections 6, the is the box foot 15, the lid 4 are formed.
  • Each of the receiving grooves 5, 5 ' has a groove base 7, 7'.
  • the base 2 has at least three passages 8, which are arranged parallel to one another and spaced apart from the receiving grooves 5, 5 'in a plane and extend perpendicular to and between the receiving grooves 5, 5' (see in particular also the Figures 2 , 7th , 9 and 11 ).
  • Flat tubes 9 are passed tightly through the passages 8, a side part 19 being inserted through each of the two outer passages.
  • an intermediate area 10 is formed, which is arranged parallel to the groove bases 7, 7 'of the receiving grooves 5, 5' by a height difference h (cf. Figures 3 and 5 ).
  • a ramp 11 runs between each intermediate area 10 and the groove bottoms 7, 7 ′ parallel to the longitudinal direction of the passages 8, the ramps 11 of adjacent intermediate areas 10 being spaced parallel to one another.
  • the seal 3 is designed as a circumferential sealing cord.
  • the seal 3 now runs in the receiving grooves 5, 5 'and each with a sealing web 12 (cf. Figure 10 ) over two ramps 11 and the intermediate area 10 in between, the ramps 11 are inclined according to the invention by an angle ⁇ between 20 and 65 ° with respect to the intermediate region 10 and usually also with respect to the horizontal (cf. Fig. 3 ), or have an S-shaped course (cf. Fig. 5 ), with a turning point W in the range of 10% to 80% of the height difference h starting from the groove bottom 7,7 'of the receiving groove 5,5'.
  • the bottom 2 is cut out to illustrate the radius R2, but of course has no opening in this area.
  • Each of the ramps 11 is rounded at the transition to the receiving groove 5, 5 'with a radius R1 and at the transition between area 10 with a radius R2.
  • the radii R1 and R2 can of course be of different sizes, larger radii helping to reduce the stress peaks acting on the seal 3. Due to an angle ⁇ of less than 20 °, on the one hand disadvantages for the later forming process of the passage 8 and on the other hand the lateral guidance of the seal 3 along the receiving groove 5, 5 'can be reduced. At an angle of ⁇ greater than 65 °, the contact pressure F D , which acts from the cover 4 on the seal 3, would be too low, which is clearly shown in FIG Figure 4 is shown.
  • a ratio of the height difference h to the diameter D of a section is Seal 3 in the receiving groove 5, 5 'in the unpressed state 0.7 ⁇ h / D ⁇ 2.5, preferably 1.0 ⁇ h / D ⁇ 2.0.
  • a ratio of the radius R1 or R2 to a radius R3 of the section of the seal 3 in the receiving groove 5, 5 'in the pressed state 0.3 ⁇ R1 / R3 ⁇ 3.0 or 0.3 ⁇ R2 / R3 is ⁇ 3.0.
  • a lower ratio could possibly cause a leak due to insufficient surface pressure in the transition area between the receiving groove 5, 5 ′ and the ramp 11. If the ratio is too large, there is insufficient contact pressure along the ramp 11 or a disadvantage in terms of installation space, since a wider base 2 is required.
  • the leakage (leakage L) is shown as a function of the mentioned radius ratio, whereby it can be clearly seen that with a radius ratio R1 / R3 or R2 / R3 between 0.3 and 3.0 the leakage, ie the leakage, is lowest.
  • At least one of the ramps 11 is also designed as a groove 13 which extends parallel to the longitudinal direction of the passages 8 and in which the Seal 3 runs in sections, the ratio of the degree of groove filling through the seal 3 in the groove 13 to the degree of groove filling through the seal 3 in the receiving groove 5, 5 'in the compressed state of the seal 3 should be between 1.0 and 1.4. If the ratio is in the range mentioned, the seal 3 can on the one hand be optimally guided and fixed and on the other hand an optimal sealing function can be achieved through a stronger compression in the ramp area 11 or in the transition area of the ramp 11 to the receiving groove 5, 5 'or to the intermediate area 10 will.
  • the ramps 11 have a width b1 and the intermediate regions 10 have a width b2, the ratio of the width b1 to b2 being between 0.3 and 1.0.
  • the cross section of the seal 3 in the area of the ramp 11 should be> 40% of the cross section of the seal 3 in the area of the receiving groove 5, 5 ', preferably between 50% and 70%. In this way, an optimized degree of slot filling can be achieved using simple structural means.
  • the seal 3 has at least one further prestressing web 14 in addition to the actual sealing web 12, which runs parallel to the sealing web 12 and which causes a reduction in tensile stress on the seal 3. This makes it possible to ensure the desired optimal position required for tightness both along the receiving groove 5, 5 ′ and between the passages 8.
  • the cover 4 has longitudinal side projections 6 or box feet 15 on two opposite sides, with only one of the two sides being shown in the case shown and with the side projections 6 extending into the receiving grooves 5, 5 ' and have a lengthwise overhang 16 protruding beyond the respective receiving groove 5, 5 '.
  • the supernatant 16 should over the Area where the seal 3 bends, protrude. It can also protrude beyond the receiving groove 5, 5 ', but can also terminate flush with it.
  • Figure 13 shows such a connection between the cover 4 and the base 2, the course of the seal 3 and the position of an outer closure 17, which extends beyond the course of the seal 3 between the passages 8 through the protrusion 16 also shown on the box foot 15. In this way, in particular, an improved sealing function is possible through greater contact pressure.
  • a projection 20 for positioning the cover 4 on the base 2 is arranged on the box base 15. Such a projection 20 is used to optimally position the cover 4 relative to the bottom 2 in the longitudinal direction and also enables the tolerances of the tolerance chain to be halved in the longitudinal direction.
  • the receiving groove 5, 5 'can also have a wall 18 which is at least partially bent over to connect the cover 4 to the base 2 in such a way that it engages behind part of the box foot 15 of the cover 4.
  • the wall 18 of the receiving groove 5, 5 'can have several regions and / or battlements that repeat themselves in their geometric shape are arranged symmetrically to the passages 8 of the bottom 2 and which can be bent or bent around the box foot 15 of the cover 4 (cf. Figure 1 ).
  • the heat exchanger 1 has a side part 19 with a side part overhang s for connecting the base 2 to the cover 4, the mean distance between the side part 19 and an adjacent, outer flat tube 9 being the value q and the ratio s / q between Should be 0.3 and 0.7 (compare Figures 11 and 12 ).
  • Figure 11 a combination with a side part overhang s is shown, the ratio s / q in this case being 0.7.
  • a ratio s / q 0.3, a smaller contact surface on the side projection 6 or box foot 15 is achieved.
  • All passages 8 of the base 2 can have the same contour and the same surface area for pipes 9 and side parts 19, which simplifies production. It is also possible that the outer passages 8, depending on the wall thickness of the side part 19, have a smaller or larger surface area than the other passages 8.
  • the shape of the transition areas in particular between the two outer passages 8, can differ from that of the other transition areas.
  • the ramp 11 can only be embossed between the outer three passages 8.
  • the shape of the transition areas can also differ in such a way that a repeating pattern results.
  • such a floor 2 can be produced as an endless sheet and can thus be used extremely flexibly with heat exchangers 1 of different sizes. At the same time, an optimal sealing effect can be achieved.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem Boden, einer Dichtung und einem Deckel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Die Verbindung eines Deckels mit einem Boden (Rohrboden) eines Wärmetauschers erfordert eine zuverlässige Dichtung zwischen den beiden genannten Elementen, um ein Austreten von Kühlmittel und somit einen eventuellen Ausfall des Wärmetauschers oder eines von diesem zu kühlenden Aggregats zuverlässig zu verhindern. Ein derartiger Boden eines solchen Wärmetauschers ist oftmals als Rohrboden mit entsprechenden Durchzügen versehen, durch welche beispielsweise Flachrohre gezogen sind. Der genannte Deckel kann beispielsweise als Kühlmittelkasten ausgebildet sein und dadurch Kühlmittel beinhalten. Üblicherweise wird eine zuverlässige Abdichtung zwischen dem Deckel und dem Boden mittels einer Dichtung erreicht, die in eine entsprechende Aufnahmenut des Bodens eingesetzt wird. Die Aufnahmenut besteht dabei eigentlich aus zwei parallelen Aufnahmenuten, die orthogonal zu den Durchzügen im Boden randseitig des Bodens angeordnet und beim Stanzen bzw. Umformen des Bodens mit hergestellt werden. Die Dichtung verläuft zwischen den beiden Aufnahmenuten orthogonal zu denselben und zwar üblicherweise ebenfalls randseitig des Bodens in einer speziell dafür ausgebildeten Nut.
  • Um solche umlaufende Aufnahmenuten bzw. Nuten zwischen den Durchzügen in den Rohrboden einbringen zu können, ist ein Stanzwerkzeug für eine Bodengröße bzw. ein vergleichsweise aufwendiges Familienwerkzeug erforderlich, insbesondere dann, sofern die Rohrböden unterschiedliche Längen aufweisen sollen.
  • Aus der EP 2 498 040 A2 ist nun ein Wärmetauscher bekannt, der zur präzisen Abdichtung des Bodens mit dem Deckel keine im Randbereich des Bodens umlaufende Nut vorsieht, in die eine Dichtung in Form eines umlaufenden Dichtrings einzulegen ist und auf dem dann der Deckel aufgesetzt oder aufgepresst wird. Vielmehr kann bei dem bekannten Wärmetauscher nun ein Boden verwendet werden, welcher als Meterware gefertigt werden kann und welcher entsprechend den herzustellenden Wärmetauschern zurechtgeschnitten wird. Hierzu wird das umlaufende Dichtelement bzw. die umlaufende Dichtung in zwei gegenüberliegende Aufnahmenuten eingelegt und zusätzlich an Enden dieser Aufnahmenuten über eine Oberfläche des Bodens zwischen zwei Durchzügen geführt.
  • Aus der FR 2 822 532 B1 ist ein weiterer Wärmetauscher bekannt.
  • Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Wärmetauscher der gattungsgemäßen Art eine alternative Ausführungsform anzugehen, die insbesondere eine vereinfachte Herstellung ermöglicht.
  • Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Wärmetauscher zu schaffen, dessen Boden (Rohrboden) als Meterware herzustellen ist und dadurch vergleichsweise flexibel für Wärmetauscher unterschiedlicher Größe eingesetzt werden kann. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher umfasst dabei einen Boden, eine Dichtung sowie einen Deckel, wobei der Boden, üblicherweise auch Rohrboden genannt, zwei parallel beabstandete und sich in Längsrichtung des Bodens erstreckende Aufnahmenuten aufweist, die an zwei sich gegenüberliegenden Seiten des Bodens angeordnet und zur Aufnahme von Seitenvorsprüngen des Deckels ausgebildet sind. Jede dieser Aufnahmenuten besitzt darüber hinaus einen Nutgrund. Der Boden weist zumindest drei Durchzüge auf, d.h. Öffnungen für Flachrohre, die parallel zueinander beabstandet sowie beabstandet zu den Aufnahmenuten in einer Ebene angeordnet sind und sich senkrecht zu und zwischen den Aufnahmenuten erstrecken. Zwischen zwei solchen Durchzügen ist in einer Ebene ein Zwischenbereich ausgebildet, der um eine Höhendifferenz h parallel beabstandet zu den Nutgründen der Aufnahmenuten angeordnet ist. Zwischen jedem Zwischenbereich und den Nutgründen verläuft dabei parallel zur Längsrichtung der Durchzüge jeweils eine Rampe, wobei die Rampen parallel zueinander beabstandet sind. Die Dichtung selbst ist als umlaufende Dichtschnur ausgebildet. Erfindungsgemäß verläuft nun die Dichtung in den Aufnahmenuten und mit jeweils einem Dichtungssteg über zwei Rampen und einen dazwischenliegenden Zwischenbereich, wobei die Rampen um einen Winkel 20° < α < 65° gegenüber der Ebene des Zwischenbereichs, d.h. üblicherweise gegenüber der Horizontalen, geneigt sind, oder einen S-förmigen Verlauf aufweisen, wobei ein Wendepunkt W im Bereich von 10 % bis 80 % der Höhendifferenz h ausgehend von dem Nutgrund der Aufnahmenut angeordnet ist. Zusätzlich sind die Rampen bei beiden Varianten am Übergang zur Aufnahmenut bzw. am Übergang zum Zwischenbereich mit einem entsprechenden Radius R1, R2 ausgerundet, um insbesondere Zug- und Druckspannungsspitzen auf die Dichtung, hervorgerufen durch scharfkantiges Abknicken dieser Dichtung, zu minimieren. Am Übergang zur Aufnahmenut ist dabei die Rampe mit einem Radius R1 ausgerundet, wogegen sie am Übergang zum Zwischenbereich mit einem Radius R2 ausgerundet ist.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Design des Bodens kann erreicht werden, dass die Dichtung in montiertem Zustand ohne zu starke Flächenpressung bzw. Verformung zwischen Boden und Deckel eingeklemmt ist. Dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher ist somit einerseits die Verwendung eines als Boden ausgebildeten Endlosbleches möglich, und andererseits zugleich eine optimale Dichtwirkung gewährleistet, da die Flächenpressung bzw. die Verformung der eingebauten Dichtung kritische Grenzwerte nicht über- oder unterschreitet. Durch die Wahl des Winkels α zwischen 20° und 65° kann die Dichtwirkung und die Belastung der Dichtung zusätzlich beeinflusst werden. Bei einem Winkel von α < 20° würden sich nämlich zum einen Nachteile für den späteren Umformvorgang des Durchzuges und zum anderen Nachteile hinsichtlich der seitlichen Führung der Dichtung entlang der Aufnahmenut ergeben. Bei einem Winkel von α > 65° Grad ist die vom Deckel unter Umständen auf die Dichtung aufgebrachte Anpresskraft zu gering, wodurch die Dichtwirkung unter Umständen nicht gewährleistet werden könnte. Auch bei der Variante mit S-förmigem Verlauf können eine verbesserte Anlage der Dichtung an den Boden und damit eine verbesserte Dichtfunktion erreicht werden. Unterhalb bzw. oberhalb des genannten Bereichs würden sich nämlich Radien R1 und R2 ergeben, die sich entweder nachteilig auf den späteren Umformvorgang des Durchzugs oder ungünstig auf die Breite des Bodens und damit auch auf den erforderlichen Bauraum auswirken würden. Befindet sich der Wendepunkt W im Bereich von < 10 % der Höhendifferenz h, ergibt sich ein Verlauf der S-förmigen Rampe, der sich entweder nachteilig auf die Bodenbreite und somit den Bauraum oder nachteilig hinsichtlich der Spannungsspitzen auf die Dichtung auswirkt. Befindet sich der Wendepunkt W im Bereich von > 80 % der Höhendifferenz h, ergibt sich ein Verlauf der S-förmigen Rampe, der sich nachteilig auf dem späteren Umformvorgang auswirkt.
  • Zweckmäßig beträgt ein Verhältnis des Radius R1 oder R2 zu einem Radius R3 des Abschnitts der Dichtschnur bzw. Dichtung in der Aufnahmenut in unverpresstem Zustand 0,3 < R1/ R3 < 3,0 oder 0,3 < R2/R3 < 3,0. Die Festlegung dieses Bereichs des Verhältnisses zwischen Bogenradius der Rampe und Radius der Dichtung optimiert die Dichtwirkung. Ein zu geringes Verhältnis würde nämlich eine Undichtigkeit aufgrund zu geringer Flächenpressung am Übergangsbereich zwischen Aufnahmenut und Rampe bewirken, wobei ein zu großes Verhältnis eine zu geringe Anpresskraft entlang der Rampe sowie einen Bauraumnachteil durch einen breiteren Boden bewirken würde.
  • Zweckmäßig liegt ein der Aufnahmenut zugewandtes Längsende eines Durchzugs zwischen 1mm < a < 15mm, insbesondere zwischen 2mm < a < 6mm näher zur Aufnahmenut als ein Übergang der Rampe zum Zwischenbereich. Durch diesen mittels Versuchen und Berechnungen festgelegten Bereich kann die maximal aufzunehmende mechanische Spannung im Radiusbereich des jeweiligen Durchzugs reduziert und damit die Spannungsbelastung für den Boden insgesamt gesenkt werden.
  • Erfindungsgemäß ist zumindest eine der Rampen als Nut ausgebildet, die sich parallel zur Längsrichtung der Durchzüge erstreckt und in der die Dichtung abschnittsweise verläuft, wobei das Verhältnis von dem Nutfüllgrad durch die Dichtung in der Nut und der zumindest einen Rampe zu dem Nutfüllgrad durch die Dichtung in der Aufnahmenut in verpresstem Zustand der Dichtung zwischen 1,0 und 1,4 beträgt. Der Nutfüllgrad ist dabei definiert als Verhältnis zwischen dem Querschnitt der gepressten Dichtung und der freien Querschnittsfläche. Üblicherweise wird bei der Dichtungsauslegung ein Nutfüllgrad zwischen 70 und 85 % vorgegeben, um einerseits die Dichtwirkung zu gewährleisten und andererseits Reservevolumen für ein eventuelles Quellen der Dichtung zu schaffen. Durch das zuvor angegebene Verhältnis kann erreicht werden, dass die Dichtung optimal geführt und fixiert werden kann und zugleich eine stärkere Verpressung im Rampenbereich erreicht werden kann, welcher die Dichtfunktion verbessert. Gerade im Bereich der Rampe sollte die Verpressung größer sein als entlang der Aufnahmenut um eine optimale Dichtwirkung gewährleisten zu können.
  • Zweckmäßig weisen die Rampen eine Breite b1 und die Zwischenbereiche eine Breite b2 auf, wobei das Verhältnis b1 zu b2 zwischen 0,3 und 1,0 liegt. Um eine optimale Verpressung der Dichtung in der Nut des Zwischenbereichs und der Aufnahmenut zu erreichen sollte an beiden Stellen der Nutfüllgrad zwischen 70 und 100 % betragen. Da jedoch die Anpresskraft der Dichtung in der Aufnahmenut und an der Rampe variiert, ist es erforderlich, den gewünschten Nutfüllgrad zwischen 70 und 100 % durch konstruktive Ausführungen zu erreichen. Rein theoretisch kann dies durch Variationen des Durchmessers der Dichtung entlang der Rampe, insbesondere am Übergangsbereich, erfolgen oder aber durch Variation der freien Querschnittsfläche entlang der Rampe am Übergangsbereich. Durch die Variation der Breiten der Rampen bzw. der Zwischenbereiche kann der gewünschte Nutfüllgrad auf besonders einfache konstruktive Weise erreicht werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Querschnitt der Dichtung >40 %, insbesondere zwischen 50 % und 70 % des Querschnitts der unverpressten Dichtung entlang der Aufnahmenut beträgt.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist die Dichtung mindestens einen Vorspannsteg zur Reduzierung von Zugspannungen auf die Dichtung auf, wobei der zumindest ein Vorspannsteg parallel zu einem Dichtungssteg angeordnet ist. Der Dichtungssteg der Dichtung verläuft in diesem Fall über zwei Rampen sowie einen dazwischenliegenden Zwischenbereich außerhalb des parallel dazu verlaufenden Vorspannstegs. Vorspannstege können generell Bestandteile der Dichtung sein und sorgen dafür, dass diese entlang der Aufnahmenuten unter Vorspannung steht, wodurch Zugspannung auf die Dichtung im Bereich des Übergangs zwischen den Durchzügen verringert werden können. Hierdurch ist es möglich die gewünschte Lage der Dichtung sowohl entlang der Aufnahmenut als auch zwischen den Durchzügen zu gewährleisten.
  • Zweckmäßigerweise ist der Deckel als Kasten ausgebildet, der längsseitig verlaufende Seitenvorsprünge am Außenbereich des Kastens an zwei sich gegenüberliegenden Seiten aufweist, wobei sich die Seitenvorsprünge in den Aufnahmenuten erstrecken und einen längs über die Dichtung hinausragenden Überstand aufweisen.
  • Vorteilhafterweise ist der Deckel als Kasten ausgebildet, der einen Kastenfuß aufweist, wobei an einer Längsseite am Außenbereich des Kastenfußes ein Vorsprung zur Positionierung des Kastens auf dem Boden angeordnet ist.
  • Am Außenbereich des Seitenvorsprungs kann ein Vorsprung zur Positionierung des Kastens auf dem Boden angeordnet sein. Der Seitenvorsprung ist beispielsweise der Kastenfuß. Bedingt durch die Lage der Dichtung zwischen den Durchzügen im Bereich einer Schmalseite ist es für die Verpressung der Dichtung von Vorteil, wenn die Verbindung zwischen dem Boden und dem Deckel bzw. Kasten entlang der Aufnahmenut mindestens bis zu der Stelle reicht, an welcher die Dichtung aus der Aufnahmenut über die Rampe in den Zwischenbereich abbiegt. Besonders vorteilhaft ist hierbei, sofern der Seitenvorsprung entlang der Aufnahmenut einen Überstand aufweist, woraus sich ein H-förmiges Design ergibt. Die H-Form wird dabei durch die beiden Überstände des Seitenvorsprungs auf beiden Seiten in Kombination mit dem Steg des Seitenvorsprungs zwischen den Durchzügen bewirkt. Dabei können die Überstände des Seitenvorsprungs entweder bündig mit der Aufnahmenut abschließen oder über diese hinausragen.
  • Erfindungsgemäß weist der Wärmetauscher ein Seitenteil auf, das durch einen Durchzug des Bodens gesteckt ist, mit einem Seitenteilüberstand s zum Verschließen des Bodens mit dem Deckel, wobei der gemittelte Abstand zwischen dem Seitenteil und einem benachbarten, äußeren Flachrohr den Wert q besitzt und wobei das Verhältnis s durch q zwischen 0,3 und 0,7 beträgt. Dies gewährleistet, dass eine optimale Dichtwirkung im Bereich des Dichtungssteges, d.h. des Zwischenbereichs, bei gleichzeitig minimalem Bauraum gewährleistet werden kann. Rein theoretisch kann das Verhältnis s durch q auch einen Wert größer als 0,7 einnehmen, insbesondere dann, wenn bei thermisch hochbelasteten Wärmetauschern eine teilweise oder vollständige Verblockung des äußeren Rohres gewünscht wird. In diesem Fall ist die Deckelgeometrie so auszugestalten, dass die Außenwand des Deckels ein Durchströmen des äußeren Rohres oder mehrere der äußeren Rohre ganz verhindert oder zumindest verringert. Ebenso kann auch die Deckelgeometrie so gewählt werden, dass eine oder mehrere Leitelemente das Anströmen des oder der äußersten Rohre (Flachrohre) einschränken oder ganz verhindern.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen alle Durchzüge dieselbe Kontur und denselben Flächeninhalt auf. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung des Bodens mit einem Endlosblech.
  • Des weiteren kann es vorteilhaft sein, wenn mindestens die beiden an den seitlichen Enden des Bodens angeordneten, äußeren Durchzüge einen Flächeninhalt aufweisen, der sich von dem ansonsten gleichen Flächeninhalt der übrigen Durchzüge um den Faktor 0,8 bis 1,3 unterscheidet. Dadurch sind Seitenteile mit verschiedenen Wandstärken verwendbar, wodurch sich die Festigkeit des Bauteils erhöhen lässt.
  • 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,
    • Fig. 1
    eine Schnittdarstellung durch einen Wärmetauscher mit einem Deckel, einem Boden und einer Dichtung gemäß dem Stand der Technik,
    Fig. 2
    eine Ansicht von oben auf einen erfindungsgemäßen Boden,
    Fig. 3
    eine Schnittdarstellung in der Schnittebene A-A durch den Boden gemäß der Fig. 2 im Bereich einer Aufnahmenut, einer Rampe und eines Zwischenbereichs,
    Fig. 4
    ein Diagramm zur Veranschaulichung des Anpresskraft FD der Dichtung in Abhängigkeit des Winkels α der Rampe,
    Fig. 5
    eine Darstellung wie in Fig. 3, jedoch bei S-förmig geformter Rampe,
    Fig. 6
    ein Diagramm zur Veranschaulichung einer möglichen Leckage L in Abhängigkeit eines Radius R1 oder R2 am Übergang der Rampe zur Aufnahmenut bzw. zum Zwischenbereich relativ zum Radius R3 der Dichtung,
    Fig. 7
    eine Ansicht von oben auf den erfindungsgemäßen Boden zur Verdeutlichung eines Abstandes a zwischen einem Längsende eines Durchzugs und der Übergang der Rampe zum Zwischenbereich,
    Fig. 8
    ein Diagramm zur Veranschaulichung der Abhängigkeit der Rohrspannung σR vom Abstand a,
    Fig. 9
    eine Ansicht vom oben auf den erfindungsgemäßen Boden zur Verdeutlichung der Breite b1 der Rampe und der Breite b2 des Zwischenbereichs,
    Fig. 10
    eine Ansicht von oben und eine Schnittdarstellung der zum erfindungsgemäßen Boden gehörenden Dichtung zur Verdeutlichung des Verlaufs der Dichtung mit Dichtungssteg und Vorspannstegen,
    Fig. 11
    eine Schnittdarstellung durch den erfindungsgemäßen Wärmetauscher zur Verdeutlichung des Überstandes s einer Seitenwand und der Abstände der einzelnen Flachrohre zueinander bzw. eines äußeren Flachrohrs zur Seitenwand,
    Fig. 12
    ein Diagramm zur Veranschaulichung der Festigkeit der durch den umgebogenen Überstand s geschaffenen Bördelverbindung in Abhängigkeit eines Verhältnisses s/q,
    Fig. 13
    eine Schnittdarstellung durch den erfindungsgemäßen Wärmetauscher mit seitlichem Überstand zur Fixierung des Deckels am Boden.
  • Entsprechend den Figuren 1 und 11 weist ein Wärmetauscher 1 einen Boden 2, eine Dichtung 3 sowie einen Deckel 4 auf. Gemäß der Figur 1 ist dabei ein Wärmerauscher 1 nach dem Stand der Technik gezeigt, wogegen gemäß der Figur 11 ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher 1 dargestellt ist. Betrachtet man nun den Boden 2, so kann man erkennen, dass dieser zwei parallel beabstandete und sich in Längsrichtung des Bodens 2 erstreckende Aufnahmenuten 5, 5' aufweist, die an zwei sich gegenüberliegenden Seiten des Bodens 2 angeordnet und zur Aufnahme von Seitenvorsprüngen 6, das heißt dem Kastenfuß 15, des Deckels 4 ausgebildet sind. Jede der Aufnahmenut 5, 5' besitzt dabei einen Nutgrund 7, 7'. Darüber hinaus besitzt der Boden 2 zumindest drei Durchzüge 8, die parallel zueinander beabstandet sowie beabstandet zu den Aufnahmenuten 5, 5' in einer Ebene angeordnet sind und sich senkrecht zu und zwischen den Aufnahmenuten 5, 5' erstrecken (vergleiche insbesondere auch die Figuren 2, 7, 9 und 11). Durch die Durchzüge 8 werden Flachrohre 9 dicht hindurchgeführt, wobei durch die beiden äußeren Durchzüge jeweils ein Seitenteil 19 gesteckt wird. In der Ebene zwischen zwei Durchzügen 8 ist ein Zwischenbereich 10 ausgebildet, der um eine Höhendifferenz h parallel beabstandet zu den Nutgründen 7, 7' der Aufnahmenuten 5, 5' angeordnet ist (vergleiche die Figuren 3 und 5). Darüber hinaus verläuft zwischen jedem Zwischenbereich 10 und den Nutgründen 7, 7' parallel zur Längsrichtung der Durchzüge 8 jeweils eine Rampe 11, wobei die Rampen 11 benachbarter Zwischenbereiche 10 parallel zueinander beabstandet sind. Die Dichtung 3 ist als umlaufende Dichtschnur ausgebildet.
  • Erfindungsgemäß verläuft nun die Dichtung 3 in den Aufnahmenuten 5, 5' und mit jeweils einem Dichtungssteg 12 (vergleiche Figur 10) über zwei Rampen 11 und den dazwischenliegenden Zwischenbereich 10, wobei die Rampen 11 erfindungsgemäß um einen Winkel α zwischen 20 und 65° gegenüber dem Zwischenbereich 10 und üblicherweise auch gegenüber der Horizontalen geneigt sind (vgl. Fig. 3), oder einen S-förmigen Verlauf aufweisen (vgl. Fig. 5), wobei ein Wendepunkt W im Bereich von 10 % bis 80 % der Höhendifferenz h ausgehend von dem Nutgrund 7,7' der Aufnahmenut 5,5' angeordnet ist. In Fig. 3 ist dabei der Boden 2 zur Verdeutlichung des Radius R2 ausgespart, weist jedoch selbstverständlich in diesem Bereich keine Öffnung auf. Jede der Rampen 11 ist dabei am Übergang zur Aufnahmenut 5, 5' mit einem Radius R1 und am Übergang zwischen Bereich 10 mit einem Radius R2 ausgerundet. Die Radien R1 und R2 können selbstverständlich unterschiedlich groß sein, wobei größere Radien die auf die Dichtung 3 wirkenden Spannungsspitzen reduzieren helfen. Durch einen Winkel α von kleiner als 20° können zum einen Nachteile für den späteren Umformvorgang des Durchzuges 8 und zum anderen die seitliche Führung der Dichtung 3 entlang der Aufnahmenut 5, 5' reduziert werden. Bei einem Winkel von α größer als 65° wäre die Anpresskraft FD, die vom Deckel 4 auf die Dichtung 3 wirkt zu gering, was anschaulich gemäß der Figur 4 dargestellt ist. In dem durch Versuche herausgefundenen Winkelbereich 20° < α < 65° kann eine optimale Anpresskraft FD erzielt werden, mittels welcher die gewünschte Dichtwirkung gewährleistet werden kann. In dem genannten Höhenbereich des Wendepunkts W zwischen 10 und 80 % der Höhendifferenz h ergäben sich Radien R1 und R2, die besonders günstig für die Anlage der Dichtung 3 am Boden 2 sind. Unterhalb bzw. oberhalb dieses genannten Bereiches hat sich Radien R1 und R2 ergeben, die sich ungünstig auf die Breite des Bodens 2 und damit auf den erforderlichen Bauraumbedarf auswirken würden. Von besonderem Vorteil ist darüber hinaus, dass der erfindungsgemäße Boden 2 nunmehr als Endlosblech hergestellt und damit äußerst flexibel Wärmetauscher 1 unterschiedlichster Größe hergestellt werden können.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung beträgt ein Verhältnis der Höhendifferenz h zum Durchmesser D eines Abschnitts der Dichtung 3 in der Aufnahmenut 5, 5' in unverpresstem Zustand 0,7 < h/D < 2,5, vorzugsweise 1,0 < h/D < 2,0. Durch das in diesem Bereich ausgewählte Verhältnis h zu D kann ein Festigkeitsvorteil durch die daraus entstehende Bodengeometrie erzielt werden.
  • Ebenfalls vorteilhaft ist es, sofern ein Verhältnis des Radius R1 oder R2 zu einem Radius R3 des Abschnitts der Dichtung 3 in der Aufnahmenut 5, 5' im verpressten Zustand 0,3 < R1/R3 < 3,0 oder 0,3 < R2/R3 < 3,0 beträgt. Ein geringeres Verhältnis könnte unter Umständen eine Undichtigkeit aufgrund zu geringer Flächenpressung am Übergangsbereich zwischen der Aufnahmenut 5, 5' und der Rampe 11 bewirken. Ist das Verhältnis zu groß, ergibt sich eine zu geringe Anpresskraft entlang der Rampe 11 bzw. ein Bauraumnachteil, da ein breiterer Boden 2 erforderlich ist. Gemäß der Figur 6 ist dabei die Undichtigkeit (Leckage L) in Abhängigkeit des genannten Radienverhältnisses dargestellt, wobei deutlich erkennbar ist, dass bei einem Radienverhältnis R1/R3 bzw. R2/R3 zwischen 0,3 und 3,0 die Leckage, d.h. die Undichtigkeit am geringsten ist. Um darüber hinaus die mechanischen Spannungen σR des Flachrohres 9 möglichst gering halten zu können, liegt ein der Aufnahmenut 5, 5' zugewandtes Längsende eines Durchzugs 8 zwischen 1mm < a < 15mm, insbesondere zwischen 2mm < a < 6mm näher zur Aufnahmenut 5, 5' als ein Übergang der Rampe 11 zum Zwischenbereich 10. Die Bedeutung des Abstandes a ist dabei gemäß der Figur 7 dargestellt, wobei im Diagramm gemäß der Figur 8 Abhängigkeit der Rohrspannung σR von dem Abstand a angegeben ist. Deutlich ist dabei zu sehen, dass die Rohrspannung σR bei einem Wert a zwischen 2 und 6mm minimiert werden kann.
  • Zumindest eine der Rampen 11 ist erfindungsgemäss darüber hinaus als Nut 13 ausgebildet, die sich parallel zur Längsrichtung der Durchzüge 8 erstreckt und in der die Dichtung 3 abschnittsweise verläuft, wobei das Verhältnis vom Nutfüllgrad durch die Dichtung 3 in der Nut 13 zum Nutfüllgrad durch die Dichtung 3 in der Aufnahmenut 5, 5' in verpresstem Zustand der Dichtung 3 zwischen 1,0 und 1,4 betragen sollte. Liegt das Verhältnis in dem genannten Bereich, kann die Dichtung 3 einerseits optimal geführt und fixiert werden und andererseits kann eine optimale Dichtfunktion durch eine stärkere Verpressung im Rampenbereich 11 bzw. im Übergangsbereich der Rampe 11 zur Aufnahmenut 5, 5' bzw. zum Zwischenbereich 10 erreicht werden.
  • Betrachtet man die Figur 9, so kann man erkennen, dass die Rampen 11 eine Breite b1 und die Zwischenbereiche 10 eine Breite b2 aufweisen, wobei das Verhältnis der Breite b1 zu b2 zwischen 0,3 und 1,0 betragen sollte. Außerdem sollte der Querschnitt der Dichtung 3 im Bereich der Rampe 11 > 40 % des Querschnitt der Dichtung 3 im Bereich der Aufnahmenut 5, 5', vorzugsweise zwischen 50 % und 70 %, betragen. Hierdurch kann ein optimierter Nutfüllgrad mittels einfacher konstruktiver Mittel erzielt werden.
  • Betrachtet man die Figur 10, so kann man erkennen, dass die Dichtung 3 neben dem eigentlichen Dichtungssteg 12 zumindest einen weiteren Vorspannsteg 14 aufweist, der parallel zum Dichtungssteg 12 verläuft und der eine Reduzierung von Zugspannung auf die Dichtung 3 bewirkt. Hierdurch ist es möglich, die gewünschte und für die Dichtheit erforderliche Optimallage sowohl entlang der Aufnahmenut 5, 5' als auch zwischen den Durchzügen 8 zu gewährleisten.
  • Betrachtet man die Figur 13, so ist darin gezeigt, dass der Deckel 4 längsseitig verlaufende Seitenvorsprünge 6 bzw. Kastenfüße 15 an zwei sich gegenüberliegenden Seiten aufweist, wobei im gezeigten Fall lediglich eine der beiden Seiten dargestellt ist und wobei sich die Seitenvorsprünge 6 in die Aufnahmenuten 5, 5' erstrecken und einen längs über die jeweilige Aufnahmenut 5, 5' hinausragenden Überstand 16 aufweisen. Der Überstand 16 soll über den Bereich, an dem die Dichtung 3 abbiegt, hinausragen. Dabei kann sie auch über die Aufnahmenut 5, 5' hinausragen, aber auch bündig mit dieser abschließen. Bedingt durch die Lage der Dichtung 3 zwischen den Durchzügen 8 im Bereich einer Schmalseite ist es für die dichte Verpressung der Dichtung 3 von Vorteil, wenn die Verbindung zwischen dem Boden 2 und dem Deckel 4 entlang der Aufnahmenut 5, 5' mindestens bis zu der Stelle reicht, wo die Dichtung 3 zwischen den Durchzügen 8 geleitet wird, besonders vorteilhaft, wenn der Kastenfuß 15 entlang der Aufnahmenut 5, 5' über die Dichtung 3 hinausragt, wobei er die jeweilige Aufnahmenut 5, 5' bündig abschließen kann oder den zuvor beschriebenen Überstand 16 besitzt. Dabei soll auch hier der Überstand 16 über den Bereich, an dem die Dichtung 3 abbiegt, hinausragen. Hieraus ergibt sich ein H-förmiges Seitenvorsprungsdesign. Figur 13 zeigt eine derartige Verbindung des Deckels 4 mit dem Boden 2, wobei der Verlauf der Dichtung 3 sowie die Position einer äußeren Verschließung 17, welche sich durch den ebenfalls dargestellten Überstand 16 am Kastenfuß 15 über den Verlauf der Dichtung 3 zwischen den Durchzügen 8 hinaus erstreckt. Hierdurch ist insbesondere eine verbesserte Dichtfunktion durch eine höhere Anpressung möglich.
  • Auch kann vorgesehen sein, dass am Kastenfuß 15 ein Vorsprung 20 zur Positionierung des Deckels 4 auf dem Boden 2 angeordnet ist. Ein derartiger Vorsprung 20 dient der optimalen Positionierung des Deckels 4 zum Boden 2 in Längsrichtung und ermöglicht zudem die Halbierung der Toleranzen der Toleranzkette in Längsrichtung.
  • Die Aufnahmenut 5, 5' kann darüber hinaus eine Wandung 18 aufweisen, die zur Verbindung des Deckels 4 mit dem Boden 2 zumindest teilweise umgebogen wird und zwar derart, dass sie einen Teil des Kastenfuß 15 des Deckels 4 hinter greift. Die Wandung 18 der Aufnahmenut 5, 5' kann mehrere sich in ihrer geometrischen Form wiederholende Bereiche und/oder Zinnen aufweisen, die symmetrisch zu den Durchzügen 8 des Bodens 2 angeordnet sind und die um den Kastenfuß 15 des Deckels 4 umbiegbar bzw. umgebogen sind (vergleiche Figur 1). Darüber hinaus besitzt der Wärmetauscher 1 ein Seitenteil 19 mit einem Seitenteilüberstand s zum Verbinden des Bodens 2 mit dem Deckel 4, wobei der gemittelte Abstand zwischen dem Seitenteil 19 und einem benachbarten, äußeren Flachrohr 9 den Wert q beträgt und wobei das Verhältnis s/q zwischen 0,3 und 0,7 betragen sollte (vergleiche Figuren 11 und 12). Gemäß der Figur 11 ist dabei eine Kombination mit einem Seitenteilüberstand s gezeigt, wobei das Verhältnis s/q in diesem Fall 0,7 beträgt. Bei einem Verhältnis s/q = 0,3 wird eine geringere Anlagefläche am Seitenvorsprung 6 bzw. Kastenfuß 15 erzielt. Der Seitenteilüberstand s sollte somit so gewählt werden, dass einerseits die für die dichte Verbindung zwischen dem Boden 2 und dem Deckel 4 erforderliche Anpresskraft erzielbar ist, der Deckel 4 jedoch nicht eine Strömung im äußersten Flachrohr 9 behindert. Figur 12 zeigt dabei die Festigkeit der Verschließung und damit auch indirekt die Dichtheit in Abhängigkeit des Verhältnisses s/q.
  • Alle Durchzüge 8 des Bodens 2 können dieselbe Kontur und den gleichen Flächeninhalt für Rohre 9 und Seitenteile 19 aufweisen, wodurch die Fertigung vereinfacht wird. Möglich ist auch, dass die äußeren Durchzüge 8 je nach Wandstärke des Seitenteils 19 einen geringeren oder größeren Flächeninhalt aufweisen als die übrigen Durchzüge 8.
  • Des Weiteren kann sich die Form der Übergangsbereiche, insbesondere zwischen den beiden äußeren Durchzügen 8, von derjenigen der übrigen Übergangsbereiche unterscheiden. Beispielsweise kann die Rampe 11 nur zwischen den äußeren drei Durchzügen 8 geprägt sein. Die Form der Übergangsbereiche kann sich auch so unterscheiden, dass sich ein wiederholendes Muster ergibt.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher 1 und insbesondere mit einem erfindungsgemäßen Boden 2 lässt sich ein derartiger Boden 2 als Endlosblech herstellen und damit äußerst flexibel bei unterschiedlich groß dimensionierten Wärmetauschern 1 einsetzen. Zugleich kann eine optimale Dichtwirkung erzielt werden.

Claims (13)

  1. Wärmetauscher (1) mit einem Boden (2), einer Dichtung (3) und einem Deckel (4),
    - wobei der Boden (2) zwei parallel beabstandete, sich in Längsrichtung des Bodens (2) erstreckende Aufnahmenuten (5,5') aufweist, die an zwei sich gegenüberliegenden Seiten des Bodens (2) angeordnet und zur Aufnahme von Seitenvorsprüngen (6) des Deckels (4) ausgebildet sind,
    - wobei jede Aufnahmenut (5,5') einen Nutgrund (7,7') aufweist,
    - wobei der Boden (2) zumindest drei Durchzüge (8) aufweist, die parallel zueinander beabstandet sowie beabstandet zu den Aufnahmenuten (5,5') in einer Ebene angeordnet sind und sich senkrecht zu und zwischen den Aufnahmenuten (5,5') erstrecken,
    - wobei in der Ebene zwischen zwei Durchzügen (8) ein Zwischenbereich (10) ausgebildet ist, der um eine Höhendifferenz h parallel beabstandet zu den Nutgründen (7,7') der Aufnahmenuten (5,5') angeordnet ist,
    - wobei zwischen jedem Zwischenbereich (10) und den Nutgründen (7,7') parallel zur Längsrichtung der Durchzüge (8) jeweils eine Rampe (11) verläuft und die Rampen (11) parallel zueinander beabstandet sind,
    - wobei die Dichtung (3) eine umlaufende Dichtschnur aufweist,
    wobei
    - die Dichtung (3) in den Aufnahmenuten (5,5') und mit jeweils einem Dichtungssteg (12) über zwei Rampen (11) und einen dazwischenliegenden Zwischenbereich (10) verläuft,
    - jede Rampe (11) am Übergang zur Aufnahmenut (5,5') mit einem Radius R1 und am Übergang zum Zwischenbereich (10) mit einem Radius R2 ausgerundet ist,
    - die Rampen (11) zwischen 20° < α < 65 ° gegenüber dem Zwischenbereich (10) geneigt sind, oder einen S-förmigen Verlauf aufweisen, wobei ein Wendepunkt W im Bereich von 10 % bis 80 % der Höhendifferenz h ausgehend von dem Nutgrund (7,7') der Aufnahmenut (5,5') angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest eine der Rampen (11) als Nut (13) ausgebildet ist, die sich parallel zur Längsrichtung der Durchzüge (8) erstreckt und in der die Dichtung (3) abschnittsweise verläuft, wobei das Verhältnis von dem Nutfüllgrad durch die Dichtung (3) in der Nut (13) der zumindest einen Rampe (11) zu dem Nutfüllgrad durch die Dichtung (3) in der Aufnahmenut (5,5') in verpresstem Zustand der Dichtung (3) zwischen 1,0 und 1,4 beträgt.
  2. Wärmetauscher nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Verhältnis der Höhendifferenz h zum Durchmesser D eines Abschnitts der Dichtung (3) in der Aufnahmenut (5,5') in unverpresstem Zustand 0,7 < h/D < 2,5, vorzugsweise 1,0 < h/D < 2,0, beträgt.
  3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Verhältnis des Radius R1 oder R2 zu einem Radius R3 des Abschnitts der Dichtung (3) in der Aufnahmenut (5,5') in verpresstem Zustand 0,3 < R1/R3 < 3,0 oder 0,3 < R2/R3 < 3,0 beträgt.
  4. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein der Aufnahmenut (5,5') zugewandtes Längsende eines Durchzugs (8) zwischen 1mm < a < 15mm, insbesondere, zwischen 2mm < a < 6mm näher zur Aufnahmenut (5,5') liegt als ein Übergang der Rampe (11) zum Zwischenbereich (10).
  5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Rampen (11) eine Breite b1 und die Zwischenbereiche (10) eine Breite b2 aufweisen, wobei das Verhältnis 0,3 < b1/b2 < 1,0 beträgt.
  6. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Dichtung (3) mindestens einen Vorspannsteg (14) zur Reduzierung von Zugspannungen auf die Dichtung (3) aufweist, wobei der zumindest eine Vorspannsteg (4) parallel zu einem Dichtungssteg (12) angeordnet ist.
  7. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Deckel (4) als Kasten ausgebildet ist, der längsseitig verlaufende Seitenvorsprünge (6) am Außenbereich des Kastens an zwei sich gegenüberliegenden Seiten aufweist, wobei sich die Seitenvorsprünge (6) in den Aufnahmenuten (5,5') erstrecken und einen längs über die Dichtung (3) hinausragenden Überstand (16) aufweisen.
  8. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Deckel (4) als Kasten ausgebildet ist, der einen Kastenfuß (15) aufweist, wobei an einer Längsseite am Außenbereich des Kastenfußes (15) ein Vorsprung (20) zur Positionierung des Kastens auf dem Boden (2) angeordnet ist.
  9. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Aufnahmenut (5,5') eine Wandung (18) aufweist, die zumindest teilweise umgebogen ist, derart, dass sie zumindest einen Teil des Seitenvorsprungs (6) des Deckels (4) hinter greift.
  10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Wandung (18) der Aufnahmenut (5,5') mehrere sich in ihrer geometrischen Form wiederholende Bereiche und/oder Zinnen aufweist, die symmetrisch zu den Durchzügen (8) des Bodens (2) angeordnet sind und um den Seitenvorsprung (6) des Deckels (4) umbiegbar oder umgebogen sind.
  11. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Wärmetauscher (1) ein Seitenteil (19) aufweist, das durch einen Durchzug des Bodens gesteckt ist, mit einem Seitenteilüberstand s zum Verbinden des Bodens (2) mit dem Deckel (4), wobei der gemittelte Abstand zwischen dem Seitenteil (19) und einem benachbarten, äußeren Flachrohr (9) den Wert q beträgt und wobei das Verhältnis 0,3 < s/q < 0,7 beträgt.
  12. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    alle Durchzüge (8) dieselbe Kontur und denselben Flächeninhalt aufweisen.
  13. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    mindestens die beiden an den seitlichen Enden des Bodens angeordneten, äußeren Durchzüge (8) einen Flächeninhalt aufweisen, der sich von dem ansonsten gleichen Flächeninhalt der übrigen Durchzüge (8) um den Faktor 0,8 bis 1,3 unterscheidet.
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