DE102005044292A1

DE102005044292A1 - Wärmetauscherrohr

Info

Publication number: DE102005044292A1
Application number: DE102005044292A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. Koch (FH); Matthias Dipl.-Ing. Pfitzer (FH)
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2005-09-16
Publication date: 2007-03-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wärmetauscherrohr mit einer im Querschnitt geschlossenen Außenwandung (4), die aus einem verformbaren Bandmaterial (2) gebildet ist. DOLLAR A Um ein Wärmetauscherrohr zu schaffen, das trotz einer geringen Wandstärke eine hohe Festigkeit aufweist, ist ein Abschnitt (12) des Bandmaterials im Inneren des geschlossenen Querschnitts angeordnet und so verformt, dass sich innerhalb der Außenwandung (4) mehrere Kammern ergeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wärmetauscherrohr mit einer im Querschnitt geschlossenen Außenwandung, die aus einem verformbaren Bandmaterial gebildet ist.

Wärmetauscherrohre mit mehreren Kammern, die auch als Mehrkammerrohre bezeichnet werden, können als Strangpressprofil oder als Sickenrohr mit einer gelöteten Sicke ausgeführt sein.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Wärmetauscherrohr mit einer im Querschnitt geschlossenen Außenwandung, die aus einem verformbaren Bandmaterial gebildet ist, zu schaffen, das trotz einer geringen Wandstärke eine hohe Festigkeit aufweist.

Die Aufgabe ist bei einem Wärmetauscherrohr mit einer im Querschnitt geschlossenen Außenwandung, die aus einem verformbaren Bandmaterial gebildet ist, dadurch gelöst, dass ein Abschnitt des Bandmaterials im Inneren des geschlossenen Querschnitts angeordnet und so verformt ist, dass sich innerhalb der Außenwandung mehrere Kammern ergeben. Im Unterschied zu herkömmlichen Sickenrohren wird die Außenwandung bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscherrohr nicht verformt. Der verformte Bandabschnitt im Inneren des geschlossenen Querschnitts dient zum einen dazu, das Wärmetauscherrohr in mehrere Kammern zu unterteilen. Darüber hinaus dient der verformte Bandabschnitt im Inneren des geschlossenen Querschnitts dazu, die Außenwand zu verstärken.

Ausführungsbeispiele des Wärmetauscherrohrs sind dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt des Bandmaterials im Inneren des geschlossenen Querschnitts zinnenförmig, wellenförmig, zickzackförmig, sägezahnförmig oder trapezförmig verformt ist.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Wärmetauscherrohrs ist dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt des Bandmaterials im Inneren des geschlossenen Querschnitts mindestens eine Abstützstelle an der Außenwandung aufweist. Dadurch wird auf einfache Art und Weise eine stabile Abstützung des Bandmaterials im Inneren an der Außenwandung geschaffen, und umgekehrt.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Wärmetauscherrohrs ist dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt des Bandmaterials im Inneren des geschlossenen Querschnitts mindestens eine Abstützfläche an der Außenwandung aufweist. Dadurch wird auf einfache Art und Weise eine Verbindung des Bandmaterials im Inneren mit der Außenwandung ermöglicht.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Wärmetauscherrohrs ist dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt des Bandmaterials im Inneren des geschlossenen Querschnitts mit der Außenwandung verlötet ist. Es ist auch möglich, den Abschnitt des Bandmaterials im Inneren des geschlossenen Querschnitts mit der Außenwandung zu verschweißen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Wärmetauscherrohrs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Bandmaterial auf mindestens einer Seite mit Lotmaterial beschichtet ist. Vorzugsweise ist die Außenseite des Bandmaterials lotplattiert. Die Innenseite des Bandmaterials ist vorzugsweise lot-, opfer-, schutz- oder unplattiert.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Wärmetauscherrohrs ist dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt des Bandmaterials im Inneren des geschlossenen Querschnitts mit Vertiefungen/Erhöhungen ausgestattet ist. Die Vertiefungen/Erhöhungen können zum Beispiel die Gestalt von Näpfen oder Noppen aufweisen und dienen dazu, den Wärmeübergang zu verbessern.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Wärmetauscherrohrs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwandung einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Querschnitt der Außenwandung an zwei Seiten konvex nach außen gekrümmt.

Die Erfindung betrifft auch einen Wärmetauscher mit einem vorab beschriebenen Wärmetauscherrohr.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Wärmetauscherrohrs im Querschnitt;
2 eine ähnliche Darstellung wie in 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
3 eine Innenwandstruktur des Wärmetauscherrohrs aus 1 gemäß weiteren Ausführungsbeispielen;
4 ein ähnliches Wärmetauscherrohr wie in 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
5 ein ähnliches Wärmetauscherrohr wie in 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und
6 ein ähnliches Wärmetauscherrohr wie in 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
In 1 ist ein Wärmetauscherrohr 1 schematisch im Querschnitt dargestellt. Das Wärmetauscherrohr 1 ist aus einem Bandmaterial 2 gebildet und umfasst eine Außenwand 4, welche die Gestalt eines Rechtecks mit zwei langen Seiten 5, 6 und zwei kurzen Seiten 8, 9 hat. Die Außenwand 4 endet an dem Ende 10 der kurzen Seite 9. Die Außenwand 4 ist einstückig mit einer Innenwandstruktur 12 verbunden.
Die Innenwandstruktur 12 ist aus einem Abschnitt des Bandmaterials 2 geformt. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Innenwandstruktur 12 zinnenförmig verformt. Durch die zinnenförmige Innenwandstruktur 12 wird der von der Außenwand 4 begrenzte Innenraum des Wärmetauscherrohrs 1 in sechs Kammern 14 bis 19 unterteilt. Die Kammern 14 bis 19 haben im Querschnitt jeweils die Gestalt von Rechtecken, die von der Innenwandstruktur 12 und der Außenwand 4 begrenzt werden.
An den Enden der Zinnen der Innenwandstruktur 12 ist jeweils eine Abstützfläche 21 bis 26 ausgebildet, mit der sich die Innenwandstruktur 12 an der Außenwand 4 abstützt. Die Innenwandstruktur 12 ist an den Abstützflächen 21 bis 26 durch Löten oder Schweißen stoffschlüssig mit der Außenwand 4 verbunden.
In 2 ist ein Wärmetauscherrohr 27 schematisch im Querschnitt dargestellt, das dem Wärmetauscherrohr 1 in 1 ähnlich ist. Zur Bezeichnung gleicher Teile werden die gleichen Bezugszeichen verwendet. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die vorangegangene Beschreibung der 1 verwiesen. Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede zwischen den beiden Ausführungsbeispielen eingegangen.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die kurzen Seiten 28, 29 der im Querschnitt rechteckigen Außenwand 4 konvex nach außen gekrümmt. Die an dem Ende 30 der kurzen Seite 29 beginnende Innenwandstruktur 12 ist genauso gestaltet wie bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel.
In 3 sind zwei Zinnen 33, 34 einer Innenwandstruktur 32 im Querschnitt dargestellt. Im Unterschied zu der in den 1 und 2 dargestellten Innenwandstruktur 12 ist die Zinne 33 an den Seiten 37 und 38 jeweils mit zwei Erhöhungen 39 ausgestattet. Die Erhöhungen 39 haben jeweils die Gestalt eines gleichschenkligen Dreiecks, dessen Spitze nach außen gerichtet ist. Die Zinne 34 ist in ähnlicher Art und Weise mit vier Erhöhungen 40 ausgestattet. Die Erhöhungen 40 sind an der Spitze jedoch abgerundet, so dass sie im Wesentlichen die Gestalt von Ellipsenabschnitten aufweisen.
In den 4 bis 6 sind ähnliche Wärmetauscherrohre wie in 1 schematisch im Querschnitt dargestellt. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die vorangegangene Beschreibung der 1 verwiesen. Im Folgenden wir nur auf die Unterschiede zwischen den einzelnen Ausführungsbeispielen eingegangen.
In 4 ist ein Wärmetauscherrohr 41 schematisch im Querschnitt dargestellt, dessen Innenwandstruktur 42 wellenförmig verläuft. Durch die wellenförmige Innenwandstruktur 42 wird der Innenraum der Außenwand 4 in sieben Kammern unterteilt, von denen die Kammern 44, 45 mit einem Bezugszeichen versehen sind. An den Wellentälern und Wellenbergen der wellenförmigen Innenwandstruktur 42 ist jeweils eine Abstützstelle 48, 49 ausgebildet, an der sich die Innenwandstruktur 42 an der Außenwand 4 abstützt. An den Abstützstellen 48, 49 ergibt sich ein linienförmiger Kontakt zwischen der Innenwandstruktur 42 und der Außenwand 4. An diesen Kontaktstellen können die Innenwandstruktur 42 und die Außenwand 4 durch Schweißen oder Löten stoffschlüssig miteinander verbunden sein.
In 5 ist ein Wärmetauscherrohr 51 mit einer zickzackförmigen Innenwandstruktur 52 schematisch im Querschnitt dargestellt. Durch die zickzackförmige Innenwandstruktur 52 wird das Wärmetauscherrohr 51 in elf Kammern unterteilt, von denen die Kammern 54, 55 mit einem Bezugszeichen versehen sind. An linienförmigen Kontaktstellen 58, 59 ist die Innenwandstruktur 52 stoffschlüssig mit der Außenwand 4 verbunden.
In 6 ist ein Wärmetauscherrohr 61 schematisch im Querschnitt dargestellt. Das Wärmetauscherrohr 61 umfasst eine im Querschnitt trapezförmige Innenwandstruktur 62. Durch die trapezförmige Innenwandstruktur 62 ist das Wärmetauscherrohr 61 in fünf Kammern unterteilt, von denen nur die Kammern 64, 65 mit einem Bezugszeichen versehen sind. Zwischen der Innenwandstruktur 62 und der Außenwand 4 sind rechteckige Abstütz- oder Kontaktflächen vorgesehen, von denen die Abstütz- oder Kontaktflächen 68, 69 mit einem Bezugszeichen versehen sind. An den Kontaktflächen 68, 69 ist die Innenwandstruktur 62 stoffschlüssig mit der Außenwand 4 verbunden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird aus dem Bandmaterial 2 durch verschiedene Umformschritte ein Profilrohr mit mindestens zwei Kammern hergestellt. Die Verformung zu Rohr und Kammern erfolgt in einem Fertigungsschritt aus Bandmaterial mit einer definierten Breite. Die Fügeverbindungen werden gelötet. Das Löten kann durch Vakuumlöten oder durch CAB-Löten erfolgen. Die Fügeverbindungen können auch geschweißt sein. Zum Schweißen können zum Beispiel das Rollennahtschweißen oder induktives Warmpressschweißen angewendet werden.
Vorzugsweise ist das Bandmaterial auf der Innenseite lot-, schutz-, opfer- oder unplattiert. Auf der Außenseite ist das Bandmaterial vorzugsweise lotplattiert. Mit dem beschriebenen Verfahren können Mehrkammerrohre aus Materialien hergestellt werden, die nicht oder nur schwer extrudierbar sind. Zudem kann durch die Verwendung von Rohrbandmaterial mit höherer Festigkeit eine kleinere Wandstärke realisiert werden als bei herkömmlichen Mehrkammerrohren.

Claims

Wärmetauscherrohr mit einer im Querschnitt geschlossenen Außenwandung (4), die aus einem verformbaren Bandmaterial (2) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt (12; 42; 52; 62) des Bandmaterials im Inneren des geschlossenen Querschnitts angeordnet und so verformt ist, dass sich innerhalb der Außenwandung (4) mehrere Kammern (14–19; 44, 45; 54, 55; 64, 65) ergeben.
Wärmetauscherrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (12) des Bandmaterials im Inneren des geschlossenen Querschnitts zinnenförmig verformt ist.
Wärmetauscherrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (42) des Bandmaterials im Inneren des geschlossenen Querschnitts wellenförmig verformt ist.
Wärmetauscherrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (54) des Bandmaterials im Inneren des geschlossenen Querschnitts zickzackförmig verformt ist.
Wärmetauscherrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt des Bandmaterials im Inneren des geschlossenen Querschnitts sägezahnförmig verformt ist.
Wärmetauscherrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (62) des Bandmaterials im Inneren des geschlossenen Querschnitts trapezförmig verformt ist.
Wärmetauscherrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (12; 42; 52; 62) des Bandmaterials im Inneren des geschlossenen Querschnitts mindestens eine Abstützstelle (21–26; 48, 49; 58, 59; 68, 69) an der Außenwandung (4) aufweist.
Wärmetauscherrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (12; 62) des Bandmaterials im Inneren des geschlossenen Querschnitts mindestens eine Abstützfläche (21–26; 68, 69) an der Außenwandung aufweist.
Wärmetauscherrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (12; 42; 52; 62) des Bandmaterials im Inneren des geschlossenen Querschnitts mit der Außenwandung (4) verlötet ist.
Wärmetauscherrohr nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bandmaterial (2) auf mindestens einer Seite mit Lotmaterial beschichtet ist.
Wärmetauscherrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt des Bandmaterials im Inneren des geschlossenen Querschnitts mit Vertiefungen/Erhöhungen (39, 40) ausgestattet ist.
Wärmetauscherrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwandung (4) einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist.
Wärmetauscherrohr nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Außenwandung (4) an zwei Seiten (28, 29) konvex nach außen gekrümmt ist.
Wärmetauscher mit einem Wärmetauscherrohr (1; 41; 51; 61) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.