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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
Erfindung betrifft ein Flachrohr für Wärmetauscher, das aus einem
Teil besteht bzw. aus einem einzigen endlosen, metallischen Band
herstellbar ist, das zwei Schmal – sowie zwei Breitseiten aufweist,
wobei eine Schmalseite des Flachrohres Mehrfachfaltungen aufweist
und wobei eine Verbindung des Teils oder des Bandes im Flachrohr
vorhanden ist. Außerdem
betrifft die Erfindung Wärmetauscher,
insbesondere für
Kraftfahrzeuge, die Flachrohre aufweisen sowie ein Herstellungsverfahren
für Wärmetauscher.
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STAND
DER TECHNIK
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Das
Flachrohr mit den oben angegebenen Merkmalen ist aus dem
EP 907 062 A1 bekannt.
Das dortige Flachrohr ist mit Vorteilen bei verschiedenen Typen
von Wärmetauschern,
insbesondere auch für Einsatzzwecke
im Bereich Kraftfahrzeuge, zu verwenden. Die Flachrohre werden dort
im Zuge ihrer Herstellung aus Blechband verlötet. (siehe dort die
10c)
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Ein
ebensolches Flachrohr ist aus der WO 00/52409 bekannt.
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Da
bei diesem Stand der Technik eine der Schmalseiten Faltungen aufweist,
ist bei der Montage der Flachrohre zum Wärmetauscher darauf zu achten,
dass die Flachrohre richtig orientiert sind, da die stabile Schmalseite – in Fahrtrichtung
des Kraftfahrzeuges gesehen – stets
vorne liegen sollte. Dieses kann als ein Nachteil des Standes der
Technik angesehen werden.
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Es
gibt darüber
hinaus eine kaum zu überschauende
Vielzahl von weiteren Veröffentlichungen, die
Flachrohre für
Wärmetauscher
betreffen.
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Die
zurzeit auf dem Markt befindlichen modernen Wärmetauscher für Kraftfahrzeuge
weisen beispielsweise bei Kühlflüssigkeitskühlern Flachrohre
auf, deren Wanddicke etwa im Bereich von 0,20 mm liegt. Die Flachrohre
in diesen bekannten Wärmetauschern
werden aus Blechbandmaterial aus einem Teil hergestellt und mit
einer Längsnaht
geschweißt.
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Die
weitere Reduzierung der Wanddicke stößt an fertigungstechnisch machbare
Grenzen. Beispielsweise ist es bekannt und wurde auch in von der
Anmelderin durchgeführten
Versuchen bestätigt, dass
die Lötverbindung
der Flachrohrenden mit den aus Festigkeitsgründen wesentlich dickeren Rohrböden umso
schwieriger wird, je geringer die Wanddicke der Flachrohre wird.
Gleiche Schwierigkeiten treten bezüglich der prozesssicheren Herstellung
von qualitätsgerechten
Längsschweißnäh ten in
den aus Blechband hergestellten Flachrohren auf, wenn die Wanddicke
den angegebenen Wert wesentlich unterschreitet.
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DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein geeignetes Flachrohr mit
wesentlich dünnerer
Wanddicke zur Verfügung
zu stellen, ein Herstellungsverfahren dafür anzugeben und einen Wärmetauscher vorzustellen,
der trotz der geringen Wanddicke seiner Flachrohre besonders kostengünstig herstellbar
ist, sowie ein ebenfalls kostengünstiges
Herstellungsverfahren für
den Wärmetauscher
zu beschreiben.
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Das
erfindungsgemäße Flachrohr
weist die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher
besitzt die Merkmale des Anspruchs 13. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren
für Wärmetauscher
erfolgt mit den Verfahrensschritten des Anspruchs 20. Die Unteransprüche enthalten
Weiterbildungen bzw. auch Varianten.
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Die
Erfinder gehen von der Erkenntnis aus, dass die eingefahrenen Wege
verlassen und neue beschritten werden müssen, um einen deutlichen Vorsprung
darstellen zu können.
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Es
werden Flachrohre bereitgestellt, die aus einem Teil bzw. aus einem
einzigen bzw. aus einem ungeteilten, endlosen Blechband herstellbar
sind, das nach der Umformung mittels Löten oder Schweißen an den
Längsrändern des
Blechbandes, vorzugsweise in einer der Schmalseiten verbunden wird. Die
erfindungsgemäßen Flachrohre
zeichnen sich dadurch aus, dass sie trotz der extrem geringen Blechbanddicke
nicht nur eine sondern zwei sehr stabile Schmalseiten besitzen und
dass sie wegen der geringen Wanddicke gute thermische Eigenschaften aufweisen.
Der Zusammenbau der Flachrohre zum Wärmetauscher wurde deshalb ebenfalls
vereinfacht.
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Die
die Schmalseiten bildenden ersten Faltungen sind etwa senkrecht
oder aber etwa parallel zu den Breitseiten angeordnet. Die die Schmalseiten bildenden
Faltungen sind Mehrfachfaltungen. Sie können unterschiedliche Länge aufweisen,
wodurch durch zu hohe Temperaturwechselbelastungen verursachte Risse
zu vermeiden sind. Da auch die zweite Schmalseite Mehrfachfaltungen
aufweist, ist es trotz der geringen Blechdicke von 0,05-0,20 mm möglich, die
Längsränder des
Blechbandes in dieser Schmalseite des Flachrohres alternativ mittels Schweißen zu verbinden.
Das hat u. a. den Vorteil, dass sich die auf Länge geschnittenen Flachrohre danach
nicht mehr aufklappen bzw. aufsperren können.
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Die
Breitseiten des Flachrohres weisen weitere Faltungen innerhalb des
Flachrohres oder andere Verformungen innerhalb des Flachrohres auf.
Diese anderen Verformrungen können
nach innen gerichtete Sicken oder dergleichen sein, die allerdings nicht
bis zur anderen Breitseite reichen. Die weiteren Faltungen bilden
Strömungskanäle innerhalb
des Flachrohres aus. Die weiteren Faltungen können auch Mehrfachfaltungen
sein, wobei einzelne Faltungen dicht an dicht angeordnet sind.
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Die
Abstände
der weiteren Faltungen können
von den Schmalseiten zur Mitte hin ansteigen, wodurch ebenfalls
die Widerstandfähigkeit
gegen hohe Temperaturwechselbelastungen zu verbessern ist.
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Die
Erfinder schlagen einen Wärmetauscher vor,
der insbesondere als Kraftfahrzeugkühler zum Einsatz gelangen soll.
Die eingesetzten Flachrohre haben eine Wanddicke, die bei etwa 0,050
mm–0,25 mm
angesiedelt ist, vorzugsweise liegt die obere Grenze etwa bei 0,15
mm–0,20
mm. Diese deutliche Reduzierung der Wanddicke der Flachrohre führt zunächst zu
einem deutlich verbesserten Wärmeübergang.
Ferner führt
diese Maßnahme
selbstverständlich
zu einem deutlich reduzierten Gewicht des Wärmetauschers.
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Weil
die Erfinder bei solchen Flachrohren unzureichende Lötverbindungen
der Flachrohrenden mit den Rohrböden
erwarten, verlassen sie den bestens erprobten und auch gegenwärtig praktizierten Weg
der Fertigung von Wärmetauschern
und schlagen vor, das Netz aus Flachrohren und Wellrippen, in dem
die Wellrippen ebenfalls lediglich Wanddicken aufweisen, die im
Bereich von etwa 0,030mm–0,090 mm
liegen, ohne Rohrböden
oder Sammelkästen
zu löten.
Die aus dem Netz ragenden Flachrohrenden bleiben während des
Lötens
frei. Freie Flachrohrenden sind also im Sinne des vorliegenden Vorschlages solche,
die keine Rippen zwischen den Flachrohrenden aufweisen und auch
keine Rohrböden,
in deren Öffnungen
beim Stand der Technik die Flachrohrenden stecken. Die Flachrohrenden
ragen aus dem Flachrohr-Rippen-Block vorzugsweise einige Millimeter
hervor und sind deshalb als „frei" bezeichnet worden.
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Ferner
schlagen die Erfinder vor, Sammelkästen zum Einsatz zu bringen,
die wenigstens eine Reihe von Aufnahmeöffnungen aufweisen, in denen die
freien Flachrohrenden der wenigstens einen Reihe von Flachrohren
des bereits gelöteten
Netzes eingeschoben werden können.
Vorzugsweise bestehen die Sammelkästen aus Kunststoff. Sie ziehen
in Erwägung,
die Sammelkästen
als einstückige
Spritzgussteile herzustellen, d. h., die wenigstens eine Reihe von
Aufnahmeöffnungen
ist in den Sammelkästen integriert.
Sollte sich die Herstellung von zwei oder mehrstückigen Sammelkästen als
günstiger
umsetzbar herausstellen, dann sollen Sammelkästen zum Einsatz kommen, die
in einem Stück
die wenigstens eine Reihe von Aufnahmeöffnungen aufweisen, und die
in wenigstens einem anderen Stück
die restliche Wandung des Sammelkastens besitzen. Die mindestens
zwei Stücke
der Sammelkästen
wären dann später dicht
miteinander zu verbinden. Die vorgeschlagenen Sammelkästen haben
in Richtung der Tiefe des Kühlnetzes
keinen oder wenn, dann einen vernachlässigbar geringen Überstand über das
Kühlnetz.
Es tritt somit keine Vergeudung des ohnehin eng bemessenen Einbauraumes
im Kraftfahrzeug auf.
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Die
Erfinder denken möglicherweise
bevorzugt daran, die Flachrohrenden nicht umzuformen. Sie sagen
aber auch, dass es Einsatzfälle
gibt, in denen umgeformte Flachrohrenden sinnvoll sein können, beispielsweise
im Hinblick auf den erwähnten geringen Überstand
der Sammelkästen.
Diese Umformung soll dann – angesichts
der außergewöhnlich geringen
Wanddicke der Flachrohre – ohne
wesentliche Belastung der Wand ausgeführt werden. Insbesondere bleibt
das Maß des
Umfangs des nicht verformten Flachrohrendes gleich dem Maß des Umfangs
des umgeformten Flachrohrendes, wodurch dafür gesorgt wird, dass die Wand
jedenfalls keiner wesentlichen Dehnung unterzogen wird. Praktisch sieht
das so aus, dass im Zuge der Umformung der große Durchmesser des Flachrohrendes
um ein bestimmtes Maß verkleinert
und der kleine Durchmesser des Flachrohrendes um das entsprechende
Maß vergrößert wird.
Es sei angemerkt, dass die Länge der
freien Flachrohrenden, wenn deren Umformung vorgesehen ist, etwas
größer ist,
als in den Fällen ohne
Umformung.
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Die
Erfinder haben sich bezüglich
der Herstellung des erwähnten
Kühlernetzes
auch hauptsächlich
mit der CAB-Löttechnik
beschäftigt
und dabei die geeigneten löttechnischen
Parameter herausgefunden. Die vorgeschlagenen Kühlernetze werden mit deutlich
geringerem Energieeinsatz hergestellt, da die Band – bzw. die
Förderkettengeschwindigkeit, mit
der die Kühlernetze
durch die unterschiedlichen Temperaturzonen des CAB–Lötofens transportiert werden,
wesentlich über
den derzeitig üblichen
Geschwindigkeiten liegen. Der Grund dafür liegt in der extrem, geringen
Blechdicke der Flachrohre und der Wellrippen, wodurch die Löttemperatur
deutlich schneller erreicht wird als bei dickeren Blechen. Die Transportgeschwindigkeiten
wurden mit den dazu passenden Temperatureinstellungen optimiert.
Sie haben ferner durch den Einsatz geeigneter Aufhängungen
bzw. Hilfsvorrichtungen dafür
Sorge getragen, dass die vorgeschlagenen Kühlernetze nach dem Abschluss
des Lötprozesses
ihre Formgebung nicht verlieren, das soll heißen, dass die bei der Erwärmung und
Abkühlung
sich einstellende Ausdehnung und Kontraktion der Kühlernetze
nicht zu einem Verzug derselben führt, der außerhalb des zulässigen Toleranzbereiches
liegt. Der Toleranzbereich ist allerdings relativ eng bemessen.
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Nachdem
die Kühlernetze
dieses Fertigungsstadium verlassen haben, werden deren freie Flachrohrenden
in einem weiteren Schritt in die erwähnten Aufnahmeöffnungen
der Sammelkästen eingeführt. Sollte
die oben erwähnte
Umformung der Flachrohrenden vorgesehen sein, wäre diese jetzt, also vorzugsweise
vor der Einführung
der Flachrohrenden in die korrespondierenden Aufnahmeöffnungen,
auszuführen.
Die Aufnahmeöffnungen
weisen entsprechende Einlaufschrägen
auf, damit das Einschieben der Flachrohrenden unterstützt wird.
Bevorzugt sollen die Flachrohrenden nicht in das Innere des Sammelkastens
hineinragen, damit der an sich unvermeidliche Druckverlust in dem
durch die Flachrohre strömenden
Medium auf dem gewünschten niedrigen
Niveau bleibt.
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Die
Erfinder haben sich für
eine Art Klebeverbindung der Flachrohrenden in den Aufnahmeöffnungen
entschieden. Dazu sind Injektionsöffnungen für den Kleber in der Wand jeder
Aufnahmeöffnung
vorgesehen. Mit Hilfe dieser Injektionsöffnungen wird der Kleber in
einen Spalt zwischen den einzelnen Flachrohrenden und der Wand von
deren Aufnahmeöffnungen
eingebracht, härtet
aus und sichert eine dauerhafte und dichte Verbindung der Flachrohrenden
in den Aufnahmeöffnungen.
Das Einbringen des Klebers kann – als eine mögliche Alternative – auch ohne
Injektionsöffnungen
vorgenommen werden, da von der Unterseite ein Zugang zum Spalt möglich ist.
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Es
wurde gefunden, dass die Breite des erwähnten Spaltes im Bereich von
1,0 mm oder weniger liegen sollte. Der Kleber soll jedoch möglichst
den gesamten Umfang des Flachrohrendes benetzen. Bei dem Kleber
handelt es sich um ein geeignetes plastifiziertes Dichtmittel.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Nachfolgend
wird die Erfindung in Ausführungsbeispielen
beschrieben, wozu auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen
wird. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere unter Umständen wesentliche
Merkmale und Wirkungen.
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Die
Figuren zeigen Folgendes:
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Die 1 zeigt
Fertigungsstufen und eine Schmalseite eines Flachrohres.
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2 zeigt
einen Ausschnitt aus einem anderen Flachrohr.
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3 zeigt
einen Ausschnitt aus einem weiteren Flachrohr.
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Die 4–9 zeigen
weitere Flachrohre im Querschnitt.
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Die 10–12 zeigen
einen Sammelkasten eines ersten Ausführungsbeispiels eines Wärmetauschers
ohne eingesteckte Flachrohre.
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Die 13 und 14 zeigen
Schnitte des ersten Ausführungsbeispiels
mit eingesteckten Flachrohren.
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Die 15–17 zeigen
einen Wärmetauscher
in verschiedenen Ansichten.
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Die 18 und 19 zeigen
Schnitte eines weiteren Ausführungsbeispiels
mit eingesteckten Flachrohren.
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Die 20–23 zeigen
einen Sammelkasten eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Wärmetauschers
ohne eingesteckte Flachrohre.
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Die 24 und 25 zeigen
Schnitte noch eines weiteren Ausführungsbeispiels mit eingesteckten
Flachrohren.
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Die 26–28 zeigen
einen Sammelkasten noch eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Wärmetauschers
ohne eingesteckte Flachrohre.
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Die 29 zeigt
schematisch den Herstellungsablauf eines Wärmetauschers.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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Die
folgende Beschreibung richtet sich hauptsächlich auf einen neuen Kühlmittelkühler für Kraftfahrzeuge,
ohne damit jedoch andere Verwendungen, insbesondere für Einsätze in Kraftfahrzeugen
auszuschließen.
Beispielsweise sollen die erfindungsgemäßen Flachrohre und Wärmetauscher auch
für Ladeluftkühler und Ölkühler eingesetzt
werden, wobei sie dann im Wesentlichen lediglich Unterschiede hinsichtlich
Dimensionierung aufweisen. Ein zu erwähnender Unterschied zwischen
Kühlmittelkühler und
Ladeluftkühler
besteht darin, dass die erfindungsgemäßen Flachrohre im Einsatzfall
als Ladeluftkühler
größere Querschnitte
und dazu meistens separate Inneneinsätze aufweisen können. Die
in den Ausführungsbeispielen
gezeigten Flachrohre für Kühlmittelkühler weisen
keine separaten Inneneinsätze
auf.
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Die
Banddicke bzw. die spätere
Wanddicke der Flachrohre beträgt
in diesem Fall 0,10 mm. Das aus einer Aluminiumlegierung bestehende
Bandmaterial weist eine Lotbeschichtung auf beiden Seiten auf. Die
Dicke der Lotbeschichtung liegt etwa bei 10–20 % der Dicke des Blechbandes.
Der kleine Durchmesser d dieser Flachrohre soll im Bereich von 0,8–1,5 oder
2,0 mm liegen. Der große
Durchmesser D ist (ebenfalls) innerhalb bestimmter Grenzen frei wählbar. Er
liegt im gezeigten Fall bei etwa 50 mm. Es sind nach der vorgeschlagenen
Methode jedoch Flachrohre mit na hezu beliebigen Abmessungen herstellbar,
wozu selbstverständlich
ein Bandmaterial bestimmter Breite Bb zur Verfügung gestellt werden muss,
und die Einrichtungen der Fertigungslinie müssen entsprechend justiert
werden.
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Im
Bereich der Schmalseiten 1 der Flachrohre liegt eine mehrfache
Faltung 3 vor, was trotz der extrem geringen Wanddicke
der Flachrohre relativ stabile Schmalseiten 1 ergibt, die
einen ausreichenden Schutz der Flachrohre vor Beschädigungen
darstellen. Dieses ist beim Einsatz der Wärmetauscher in Kraftfahrzeugen
von großer
Bedeutung.
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Gemäß der 1 werden
zunächst
Einfach 30 – oder
auch Mehrfachfaltungen 31 in dem endlosen, einteiligen,
metallischen Band ausgebildet. Diese Einfach 30 – oder Mehrfachfaltungen 31 führen später zu Strömungskanälen SK,
die im Flachrohr ausgebildet sind. Dann wird eine andere Mehrfachfaltung 3 hergestellt,
die eine der Schmalseiten 1.1 bildet, in dem unmittelbar
an der Mehrfachfaltung 3 gemäß dem eingezeichneten Pfeil
das Band umgeschlagen wird, um die erste und die zweite Breitseite 2.1 und 2.2 des
Flachrohres zu erhalten. Die zweite Schmalseite 1.2 und
die auch dort vorhandene Mehrfachfaltung 3 wurden in der 1 nicht
gezeigt.
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Die 2 und 3 zeigen
unterschiedliche Ausbildungen von Einfach 30 – und Mehrfachfaltungen 31,
die Strömungskanäle SK bilden.
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Die 4–7 zeigen
nun, im Unterschied zur 1, das gesamte Flachrohr im
Querschnitt und in drei unterschiedlichen Ausführungen. In den 6 und 7 wurde
die Möglichkeit
gezeigt, dass die die Strömungskanäle SK bildenden
Faltungen 30, 31, ausgehend von den Schmalseiten 1.1 und 1.2 in Richtung
auf die Mitte des Flachrohres größer werdende
Abstände
a bzw. größer werdende
Strömungskanäle SK aufweisen
können.
Die Anzahl der einzelnen Faltungen, die eine Mehrfachfaltung 31 bilden
wird zweckmäßig festgelegt.
In der 4 besitzen die Mehrfachfaltungen 31 beispielsweise
eine vierfache Wanddicke, bzw. zwei einzelne, dicht an dicht angeordnete
Faltungen 30, und in der 5 ist eine
sechsfache Wanddicke (drei einzelne Faltungen) der Mehrfachfaltungen 31 vorgesehen.
In der 6 wurden nur Einzelfaltungen 30 zur Bildung
der Strömungskanäle SK eingesetzt.
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Ferner
zeigt die 4 ein Flachrohr, bei dem die
die beiden Schmalseiten 1.1 und 1.2 bildenden Mehrfachfaltungen 3 etwa
senkrecht zu den Breitseiten 2.1 und 2.2 angeordnet
sind. Die Mehrfachfaltungen 3 selbst sind auch unterschiedlich
ausgebildet. Während
die rechte Schmalseite 1.1 eine aus dem Band heraus gebildete
Mehrfachfaltung 3 ist, ist die linke Schmalseite 1.2 mit
einer Mehrfachfaltung 3 versehen, die aus den beiden Längsrändern des
einteiligen Bandes gebildet wurde. Schließlich ist es aber auch möglich, die
Mehrfachfaltung 3 aus einem einzigen Längsrand zu erzeugen und den
anderen Längsrand
einfach an die so erzeugte Mehrfachfaltung 3 anzulegen.
(nicht gezeigt)
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Im
Unterschied dazu zeigt die 5, dass
es ferner möglich
ist, die eine Schmalseite 1.1 mit etwa vertikal zu den
Breitseiten 2.1, 2.2 angeordneten Mehrfachfaltungen 3 auszugestalten
und die andere Schmalseite 1.2 mit einer etwa horizontal
zu den Breitseiten 2.1 und 2.2 angeordneten Mehrfachfaltung 3 zu
bilden.
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Die 6, 7 und 8 zeigen
schließlich
Flachrohre mit an beiden Schmalseiten 1.1 und 1.2 horizontal
angeordneten Mehrfachfaltungen 3. Solche Mehrfachfaltungen 3 können auch
eine unterschiedliche Länge
L besitzen, wie in der 7 aufgezeigt wird. Diese Maßnahme ist
bezüglich
Temperaturwechselbelastungen besonders wirksam. Es werden dadurch
schroffe Übergänge von
den Schmalseiten 1.1, 1.2 zu den Breitseiten 2.1, 2.2 vermieden.
In der 7 wurde die zentrale Faltung als Mehrfachfaltung 30 ausgebildet,
während
alle anderen Faltungen einfache Faltungen 30 sind. Eine
ebenfalls in Richtung verbesserte Temperaturwechselbelastungsfähigkeit
zielende Maßnahme
ist die oben bereits beschriebene Maßnahme, wonach die Abstände a der
Faltungen 30 bzw. die Strömungskanäle SK von den Schmalseiten 1.1, 1.2 ausgehend
größer werden,
siehe 2, 6 und 7.
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Die 9 zeigt
wiederum nur eine der Schmalseiten 1.1 des Flachrohres
mit einer weiteren Ausgestaltung der die Schmalseite 1.1 bildenden Mehrfachfaltung 3.
Die andere Schmalseite 1.2 könnte beispielsweise wie in 4–8 gezeigt
ausgebildet werden. An dieser Stelle soll vermerkt werden, dass
die Abstände
a meistens sehr klein sind. Sie können bei 0,5 mm beginnen und
nicht größer als
einige Millimeter betragen. Ferner sei darauf hingewiesen, dass
die die Flachrohre darstellenden Abbildungen mehrfache Vergrößerungen
sind. Somit wird ein Flachrohr mit einer Breite von etwa 42 mm wesentlich zahlreichere
Faltungen 30, 31 bzw. Strömungskanäle SK aufweisen als beispielsweise
in der 1 gezeigt wird. Ein gegenwärtig als ziemlich aussichtsreich
angesehenes Flachrohr ist in der 8 dargestellt
worden. Dort ist nur die Hälfte
des Flachrohres gezeigt worden. Die Abstände a sind dort etwa gleich
groß und
betragsmäßig sehr
klein.
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Durch
die vorstehenden Bemerkungen sollen jedoch Abstände a, die im Zentimeterbereich
liegen nicht ausgeschlossen werden.
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Die 10–14 zeigen
nun ein erstes Ausführungsbeispiel
eines Wärmetauschers,
der Flachrohre aufweist, die in einem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel
erläutert
wurden. Gleiches trifft auf die noch folgenden Ausführungsbeispiele
eines Wärmetauschers
zu – auch
die weisen solche Flachrohre auf.
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Beispielsweise
Flachrohre, der in der 8 gezeigten Ausgestaltung werden
auf die für
die entsprechende Anwendung benötigte
Länge geschnitten.
Anschließend
wird aus Flachrohren und Wellrippen 9 der Flachrohr-Rippen-Block 10 durch
abwechselnde Stapelung von Flachrohren und Wellrippen 9 gebildet,
wie er beispielsweise in der 15 zu
erkennen ist, die einen bereits montierten Wärmetauscher in einer Frontansicht
zeigt. Der Flachrohr-Rippen-Block 10 weist an beiden Enden
zunächst
freie Flachrohrenden 11 auf. In der 15 stecken
die freien Flachrohrenden 11 bereits in den Aufnahmeöffnungen 12 der
Sammelkästen 50.
Der die freien Flachrohrenden 11 besitzende Flachrohr-Rippen-Block 10 wird
in einen Lötofen
gebracht, um die Flachrohre mit den Wellrippen 9 metallisch
zu verbinden. Der Flachrohr-Rippen-Block 10 durchläuft danach
eine Abkühlzone
und steht als vereinigter Block 10 für die weitere Montage zur Verfügung. Auf
die freien Flachrohrenden 11 wird dann jeweils ein Sammelkasten 50 geschoben,
der beispielsweise in den 10, 11 und 12 gezeigt
ist. Die Sammelkästen 50 sind
aus Kunststoff im Spritzgussverfahren hergestellt worden, wie es
seit Jahrzehnten erfolgreiche Praxis ist. Die Details dieses Ausführungsbeispiels
sind allerdings aus den 13 und 14 besser
zu erkennen. Die Flachrohrenden 11 bleiben in diesem Ausführungsbeispiel
unverformt. Der Sammelkasten 50 besitzt eine Reihe von
Aufnahmeöffnungen 12.
Jede Aufnahmeöffnung 12 wird
von einer Wand eingefasst und nimmt ein Flachrohrende 11 auf.
Die in den Aufnahmeöffnungen 12 befindlichen Flachrohrenden 11 enden
unterhalb der inneren Oberfläche 51 des
Sammelkastens 50, um den Druckverlust möglichst gering zu halten. Das
letzte Ende der Aufnahmeöffnungen 12 ist
so eng ausgebildet bzw. bemessen, dass das Flachrohrende 11 durch
leichten Druck eingeschoben werden kann. Es kann auch ein Anschlag
für die
Flachrohrenden 11 vorhanden sein, um deren Einsetztiefe
zu begrenzen. Die 29 zeigt rein schematisch den
hier beschriebenen Fertigungsablauf des Wärmetauschers, in vier zusammengefassten
Stationen. Ferner ist dort ein bereits gelöteter Flachrohr-Rippen-Block 10 abgebildet
worden, auf dessen freie Flachrohrenden 11 die Sammelkästen 50 gesetzt
werden. Der Begriff „Station" ist lediglich eine
Beschreibungshilfe. Er bedeutet jedenfalls nicht zwangsläufig, dass
eine örtliche
Trennung zwischen den „Stationen" vorhanden sein muss.
Beispielsweise dort, wo die Sammelkästen 50 auf die freien
Flachrohrenden 11 geschoben werden (Station III), kann
unmittelbar danach und am selben Ort der Kleber 20 aufgetragen
werden (Station IV).
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Das
flüssige
Kühlmittel
des Kraftfahrzeugmotors soll möglichst
nicht in Kontakt mit dem verwendeten Kleber 20 kommen.
In den 13 und 24 wurde
an einem der Flachrohrenden 11 der Kleber 20 angedeutet.
Diese Maßnahme
soll gegenseitige Beeinträchtigungen
vermeiden helfen. Deshalb wurde daran gedacht, das allerletzte Ende
der Flachrohre nicht mit dem Kleber 20 zu versehen. Dies
wird durch unterschiedliche Ausbildungen erreicht. In dem angesprochenen
Fall sitzen – wie
erwähnt – die Flachrohrenden 11 am
allerletzten Ende in engen Aufnahmeöffnungen 12. Im Übrigen erfolgt das
Einsetzen der Flachrohrenden 11 des gesamten Blocks in
ihre zugeordneten Aufnahmeöffnungen 12 in
einem Zug. Wenn der Sammelkasten 50 mit seinen Aufnahmeöffnungen 12 ordnungsgemäß auf den Flachrohrenden 11 sitzt,
wird – vorzugsweise
ebenfalls in einem Zug – der
Kleber 20 – ein
geeignetes plastisches Mittel mit Dichteigenschaften – durch
die Injektionsöffnungen 15 hindurch
in die Spalte 13 zwischen den Flachrohrenden 11 und
der Wand der Aufnahmeöffnungen 12 eingebracht.
Wie die 14 am besten verdeutlicht, ist
es von Vorteil – allerdings nicht
unabdingbar – an
beiden Längsseiten
des Sammelkastens 50 jeweils eine Reihe von Injektionsöffnungen 15 auszubilden,
damit der Kleber 20 sicher den gesamten Umfang benetzt
bzw. möglichst
den gesamten Spalt 13 ausfüllt. Der Kleber 20 wird
in diesem Fall auch gleichzeitig von beiden Seiten eingebracht.
Die Spaltbreite 13 muss in diesem Ausführungsbeispiel nicht größer als
ca. 1,0 mm sein. Er kann sogar wesentlich kleiner sein, vielleicht
etwa 0,3 mm. Auf die Injektionsöffnungen 15 kann
auch verzichtet werden, wenn der Kleber 20 von der Unterseite 80 (14)
in die Spalte 13 eingebracht wird.
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An
den Sammelkästen 50 befinden
sich bekanntlich Anschlussöffnungen 61, 62 für die Kühlflüssigkeit,
um den Wärmetauscher
zu betreiben. Es versteht sich, dass einer der Sammelkästen 50 auch
als Umlenkkasten ausgebildet sein könnte, wobei dann beide Anschlussöffnungen 61, 62 an
einem einzigen Sammelkasten 50 angeordnet wären. Durch
die Rippen 9 des Flachrohr-Rippen-Blockes 10 strömt Kühlluft.
Die Ausführungsbeispiele,
beginnend mit der 18, besitzen Flachrohrenden 11,
die umgeformt worden sind, und die natürlich entsprechend angepasste
Ausbildungen der Aufnahmeöffnungen 12 aufweisen
sollten. Die Umformung der Flachrohrenden 11 (nicht gezeigt)
findet vorzugsweise nach dem Abschluss des Lötvorganges, (29,
nach Station II) also vor dem Einsetzen der Enden 11 in
die Öffnungen 12 – ebenfalls
in einem umformtechnischen Arbeitsschritt – statt. In den 18 und 19 sitzen die
umgeformten allerletzten Enden der Flachrohrenden 11 in
eng ausgebildeten Enden der Aufnahmeöffnungen 12, ähnlich dem
ersten Ausführungsbeispiel. Vorstehendes
bezüglich
des Zeitpunktes der Durchführung
der Umformung, schließt
jedoch nicht aus, dass nach dem Einsetzen der Flachrohrenden 11 dieselben
mittels eines Werkzeuges zusätzlich
noch in die Aufnahmeöffnungen 12 eingepresst
oder dergleichen bearbeitet werden, um deren Sitz zu verbessern.
(nicht gezeigt) In den 24 und 25 hat man
im Gegensatz dazu einen in den Aufnahmeöffnungen 12 umlaufend
ausgebildeten Schlitz oder eine Fuge 55 vorgesehen, in
die die allerletzten Enden der Flachrohrenden 11 zunächst ohne
Verwendung eines Klebers 20 eingeschoben werden. Diese Fugen 55 haben
ebenfalls einen Anschlag zur Begrenzung der Einsetztiefe. Der Kleber 20 wird
auch hier vorzugsweise nach dem Einsetzen aufgetragen. Die Erfinder
schlagen, hauptsächlich
für die
Ausführungsbeispiele
mit umgeformten Flachrohrenden 11, vor, zwischen den Flachrohrenden 11 außen liegende
Füllstücke anzubringen,
die dazu beitragen sollen, das Verformen der Flachrohrenden 11 unter
Innendruckbelastung zu vermeiden. In der 24 wurden solche
Füllstücke mit
dem Bezugszeichen 70 gezeigt. Sie haben im gezeigten Ausführungsbeispiel einen
trapezförmigen
Querschnitt. Diese Maßnahme (Abstützungen 70)
könnte
erforderlich werden, weil das Umformen der Flachrohrenden 11 zwangsläufig mit
dem Entfernen der im Inneren der Flachrohre vorhandenen Faltungen 3 im
Umformbereich verbunden ist. Die Füllstücke 70 können vor
oder nach dem Auftragen des Klebers 20 eingesetzt werden.
(29 nach Station III bzw. vor oder nach Station
IV) Sie können
aus Kunststoff oder aus Metall bestehen, und sie können einstückig ausgebildet
sein, beispielsweise kammartig, wobei die einzelnen Füllstücke 70 mit entsprechenden
Abständen
an einer etwa geraden Schiene angeordnet sind, mittels derer alle
Füllstücke 70 in
einem Zug eingesetzt werden können.
Die Schiene kann nach dem Einsetzen entfernt werden, oder auch am
Sammelkasten 50 bleiben, da sie kaum Raum beansprucht.
(nicht gezeigt) Um die Füllstücke 70 anzubringen
und zu befestigen, können
in den beiden gegenüberliegenden
Wänden
des Sammelkastens 50 entsprechende Öffnungen 72 angeordnet
sein, durch die hindurch die Füllstücke 70 eingeschoben
und schließlich
auch in ihrer Position gehalten werden. Die Reihe von Öffnungen 72 geht
aus der 26 hervor. Der Begriff „Füllstücke" soll nicht zwangsläufig bedeuten,
dass deren gesamter Raum ausgefüllt
sein muss. Diese Stücke
müssen
nur geeignet sein, als Abstützung
der Flachrohrenden 11 zu wirken. Das kann heißen, dass
eine aushärtende Masse
(Kleber 20) ebenfalls ein Füllstück 70 ist. Ferner
kann das bedeuten, dass ein entsprechend geformter Hohlkörper ebenfalls
ein Füllstück 70 ist.
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Darüber hinaus
können
Versteifungen 71 im Sammelkasten 50 zwischen der
Wand der Aufnahmeöffnungen 12 ausgebildet
sein, die sich in Querrichtung des Sammelkastens 50 erstrecken,
und die insbesondere dann besonders wirkungsvoll sind, wenn die
Tiefe des Flachrohr-Rippen-Blocks 10 bzw. des Sammelkastens 50 Versteifungsmaßnahmen
erfordert. Die Versteifungen 71 werden bei der erwähnten spritzgusstechnischen
Herstellung des Sammelkastens 50 mit ausgebildet und sind
somit ein Teil des Sammelkastens 50 oder ein Teil eines
Sammelkastenteils. In der einen Querschnitt durch den Sammelkasten 50 zeigenden 25 wurde
angedeutet, wie es aussehen könnte,
wenn der Sammelkasten 50 aus zwei Teilen 50a und 50b besteht.
Die Teile 50a und 50b werden entlang einer in
der 25 fett eingezeichneten Z-förmigen Linie vorzugsweise mittels Schweißen oder
Kleben dicht verbunden. Ob zwei Teile 50a, 50b oder
mehrere Teile vorgesehen werden oder nicht hängt von der Herstellbarkeit
des Sammelkastens als Spritzgusserzeugnis ab, also von der vorgesehenen
Formgebung des Sammelkastens 50. Die Herstellungskosten
sind hier zu berücksichtigen.
Die angesprochenen Versteifungen 71 befinden sich bei einer
zweiteiligen Gestaltung im unteren Teil 50a.
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Es
kann ebenfalls vorgesehen sein, dass zwischen den Aufnahmeöffnungen 12 wenigstens eine
Längsversteifung 75 angeordnet
wird. Die 11 zeigt einen weiteren Querschnitt
durch den Sammelkasten 50, in dem ein Stück der auf
der Mittellinie liegenden Längsversteifung 75 erkennbar
ist, die über
die gesamte Länge
des Sammelkastens 50 reicht.
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Wie
ein Vergleich der 14 mit der 19 oder
der 25 zeigt, erlauben umgeformte Flachrohrenden 11 einen
minimierten oder gar keinen Überstand Ü des Sammelkastens 50 über den
Flachrohr-Rippen Block 10 vorzusehen, was dem Bedürfnis nach
geringstem Raumverbrauch des Wärmetauschers
gerecht wird. Wie die 14 weiter zeigt, ist der Überstand Ü allerdings
auch bei Vorhandensein von unverformten Flachrohrenden 11 im
Vergleich zum Stand der Technik relativ klein, nur einige Millimeter.