Wärmetauscher

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, bestehend aus Breit - und Schmalseiten aufweisenden Flachrohren und aus Rippen, die einen Block bilden und der die weiteren im Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 2 aufgeführten Merkmale aufweist. Der im Oberbegriff beschriebene Wärmetauscher ist beispielsweise aus der DE 198 19 247 A1 und auch aus der WO 2006 / 133748 A1 bekannt. Die in der zuerst genannten Referenz vorgesehenen Vorsprünge korrespondieren mit öffnungen in den Rohrböden. Dadurch wird ein provisorischer Zusammenhalt der Einzelteile vor der Durchführung des Lötprozesses zur Verfügung gestellt. Der Aufwand für Löt- Hilfsvorrichtung kann deshalb reduziert werden. Ein gewisser Nachteil dieses Wärmetauschers besteht darin, dass immer noch ein deutlicher überstand des Rohrbodens über den Rippen-Flachrohr-Block vorhanden ist, der als unnötiger Raumbedarf angesehen werden könnte. Ferner ist das Verhältnis der von den Flachrohren eingenommenen Querschnittsfläche im Vergleich zur gesamten Querschnittsfläche des Wärmetauschers bzw. dessen Rohrböden nicht optimal, sodass bezüglich einer effizienten Raumausnutzung des Wärmetausches Verbesserungen möglich sind. Darüber hinaus könnte dieser Wärmetauscher gegenüber Temperaturwechselbelastungen als nicht ausreichend gerüstet angesehen werden. In der an zweiter Stelle genannten Referenz sind ebenfalls Vorsprünge vorgesehen worden, die jedoch in die Enden der Flachrohre gesteckt werden, und zwar jeweils im Bereich von deren Schmalseiten. Es hat sich bereits erwiesen, dass dieser Wärmetauscher erhebliche Vorteile gegenüber anderen Lösungen besitzt. Allerdings ist es wünschenswert, geeignete back - up - Lösungen zur Verfügung zu haben, beispielsweise für den Fall, dass der aus dieser Referenz bekannte Wärmetauscher bezüglich der Temperaturwechselbelastungen extremsten Anforderungen nicht gewachsen sein sollte. Gewöhnlich treten bei extremsten Belastungen Schäden, beispielsweise Brüche oder dergleichen, im Verbindungsbereich der Flachrohre mit den Rohrböden und zwar meistens an oder in der Nähe der Schmalseiten der Flachrohre auf. Der bekannte Wärmetauscher könnte als in dem erwähnten Bereich gefährdet angesehen werden, beispielsweise dann, wenn beabsichtigt wird, die Wanddicke der Flachrohre drastisch zu reduzieren.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Wärmetauscher zur Verfügung zu stellen, die zum Teil eine noch höhere Widerstandsfähigkeit gegen

Temperaturwechselbelastungen oder zumindest eine ausreichende Widerstandsfähigkeit erwarten lassen, bei vergleichsweise guten wärmetechnischen Werten. Als Nebeneffekt kann ein herstellungsfreundliches, insbesondere auch ein flexibles Design angenommen werden. Erfindungsgemäße Lösungen ergeben sich bezüglich des Wärmetauschers durch den Einsatz der Merkmale des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2. Die erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren sind Gegenstand des Anspruchs 15 oder des Anspruchs 17. Weil - gemäß der bevorzugten erfindungsgemäßen Lehre - die Schmalseiten der Flachrohre an den Längsrändern des Rohrbodens anliegen und weil die Vorsprünge in die Längsränder eingreifen, wobei die Vorsprünge zwischen den Flachrohren sitzen und die Schmalseiten einfassen, wurde die Widerstandsfähigkeit gegen Temperaturwechselbelastungen vergleichsweise weiter verbessert, denn der besonders gefährdete Bereich der Schmalseiten der Flachrohre wurde deutlich verstärkt, und zwar verstärkt, ohne dass zusätzliche, die Kosten und das Gewicht steigernde, Verstärkungsteile zum Einsatz kommen müssen, wie es in noch anderen Veröffentlichungen bereits mehrfach vorgeschlagen wurde. Einerseits liegen gemäß der Erfindung die Schmalseiten der Flachrohre nämlich an den Längsrändern an und sind damit verbunden und andererseits ist jedes T^lachrohrende im Bereich der Schmalseiten von zwei Vorsprüngen eingefasst bzw. abgestützt, sodass die Verbesserung der Widerstandsfähigkeit nachvollziehbar ist.

Das gemäß der bevorzugten Lehre vorgesehene Teilmerkmal, wonach die Vorsprünge zwischen den Flachrohren sitzen, mag zwar aus dem Stand der Technik an sich bekannt gewesen sein, jedoch befinden sich beim bekannten Stand der Technik die Vorsprünge in korrespondierenden öffnungen (Schlitzen) in den Rohrböden und stellen deshalb ein potentielles Risiko für Undichtigkeiten dar. Vorschlagsgemäß stützen sich hingegen die Vorsprünge gemäß Anspruch 3 am Grund der umgeformten Längsränder ab oder sie sind darin eingeklemmt. öffnungen in den Rohrböden sind nicht vorgesehen, weshalb das erwähnte Risiko durch die Erfindung eliminiert wird.

Da gemäß der Erfindung - wie bereits erwähnt - die Schmalseiten der Flachrohre am Längsrand der Rohrböden innen anliegen, fällt der überstand des Rohrbodens über den Block aus Flachrohren und Rippen äußerst minimal aus, weshalb das einleitend erwähnte Verhältnis der von den Flachrohren eingenommenen Querschnitte im

Vergleich zum gesamten Querschnitt des Wärmetauschers bzw. zu dessen

Rohrböden deutlich verbessert wurde.

Eine zweite erfindungsgemäße Lösung sieht vor, dass die Schmalseiten der

Flachrohre in den Rändern des Rohrbodens/Sammelkastens entweder eingebettet und mit den Rändern verbunden sind oder dort lediglich anliegen und verbunden sind ohne eingebettet zu sein, wobei der Rohrboden und der Sammelkasten entweder einstückig oder wenigstens zweistückig ausgebildet sind. Zum Zwecke der

Einbettung sind im Abstand angeordnete Nuten oder Schlitze vorhanden.

Vorsprünge, wie in der ersten Lösung beschrieben, sind hier nicht nötig. Auch dieser Vorschlag stellt einen Wärmetauscher mit ausreichender Widerstandsfähigkeit gegen Temperaturwechselbelastungen zur Verfügung, und er ist mit wettbewerbsfähigen Kosten realisierbar.

Weitere Merkmale sind in zahlreichen abhängigen Patentansprüchen enthalten, die als an dieser Stelle detailliert aufgeführt anzusehen sind. Darüber hinaus ergeben sich die Merkmale und deren weit reichenden Vorteile aus der nachfolgenden

Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die anhand der beiliegenden Zeichnungen vorgenommen wird.

Die Figuren zeigen Folgendes:

Fig. 1 zeigt eine perspektivische, teilweise auseinander gezogene Darstellung eines Teils eines erfindungsgemäßen Kühlflüssigkeitskühlers. Die Fig. 2 zeigt die

Einzelheit F aus Fig. 1.

Fig. 3 zeigt das Teil gemäß Fig. 1 in zusammengebautem Zustand und die Fig. 4 zeigt die Einzelheit A aus Fig. 3. Die Fig. 5 zeigt die Einzelheit gemäß Fig. 2 aus einer anderen Perspektive. Fig. 6 zeigt eine Darstellung ähnlich der Fig. 1 jedoch am Beispiel eines

Ladeluftkühlers und die Fig. 7 zeigt die Einzelheit D aus Fig. 6.

Fig. 8 zeigt eine Darstellung ähnlich der Fig. 3 jedoch am Beispiel eines

Ladeluftkühlers und die Fig. 9 zeigt die Einzelheit C aus Fig. 8.

Fig. 10 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Ladeluftkühlers und die Fig. 11 zeigt die Einzelheit E aus Fig. 10.

Die Fig. 12 und 13 zeigen ein Ausführungsbeispiel mit einem einteiligen

Sammelkasten.

Die Fig. 14 - 17 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel mit Nuten in den Rändern des Sammelkastens, die zur Einbettung der Schmalseiten der Flachrohre dienen.

Die gezeigten Ausführungsbeispiele richten sich auf vollständig aus Metall, vorzugsweise aus geeigneten Aluminiumblechen, herstellbare Wärmetauscher, beispielsweise zur Verwendung in Kraftfahrzeugen. Die Aluminiumbleche weisen zweckmäßige Lotbeschichtungen auf. Nach der Herstellung und Montage der Einzelteile des Wärmetauschers und nach entsprechender Vorbehandlung werden diese dann in einem einzigen CAB - Lötprozess verbunden, (nicht gezeigt) Der Wärmetauscher besteht aus Breit - und Schmalseiten aufweisenden Flachrohren 1 und aus Rippen 2, die einen Block bilden und, im Ausführungsbeispiel, aus zwei Rohrböden 3 mit jeweils wenigstens zwei umgeformten Längsrändern 30 und mit zwei Sammelkästen 4. In den Darstellungen wurde nur eine Seite des Wärmetauschers gezeigt. Am nicht gezeigten anderen Ende des Wärmetauschers befinden sich demnach ein weiterer Rohrboden 3 und ein Sammelkasten 4, die identisch mit den gezeigten ausgebildet sein können. An den Rändern 40 des Sammelkastens 4 sind in Abständen angeordnete Vorsprünge 41 angeordnet. Die bis hierher beschriebene Ausbildung ist aus dem Stand der Technik bekannt. Wie vielleicht aus den Darstellungen gemäß den Fig. 1 bzw. 2, hauptsächlich aus Fig. 4 sowie 5 und 6, am besten zu sehen ist, liegen die Schmalseiten der Flachrohre λ an den im Wesentlichen vertikalen Längsrändern 30 des Rohrbodens 3 innen an. Dort wo die Schmalseiten anliegen, liegt nach dem Löten auch eine haltbare und dichte Verbindung vor, weil durch diese Maßnahme ein ausreichendes Lotangebot bereitgestellt wird. Damit jedoch die Anlage der Schmalseiten gewährleistet werden kann, müssen die öffnungen 31 in den Rohrböden 3 bis unmittelbar an den Längsrand 30 heran ausgebildet sein, was aus den Fig. 6 und 7 am besten erkennbar ist, weil dort im Vordergrund eine der öffnungen 31 zu sehen ist, in der sich noch kein Flachrohr 1 befindet. Außerdem hat man die umgeformten Längsränder 30 als unterhalb der Rohrbodenfläche 35 liegende Rinne 30 ausgebildet. Weiter wurde vorgesehen, dass die oben erwähnten Vorsprünge 41 an den Rändern 40 des Sammelkastens 4 in die Längsränder 30 eingreifen, wobei die Vorsprünge 41 zwischen den Flachrohren 1 sitzen. Wie außerdem erkennbar ist, stützen dabei jeweils zwei Vorsprünge 41 jeweils ein Flachrohr 1 an dessen Breitseiten, jedoch unmittelbar zu den Schmalseiten hin, ab. Es versteht sich, dass beim Löten nicht nur eine Verbindung der Schmalseiten am Längsrand, wie vorstehend bereits erläutert wurde, sondern auch eine feste und dichte Verbindung

der Vorsprünge 41 im Längsrand 30 und der Vorsprünge 41 mit den Flachrohren 1 vorgenommen wird. Um Letzteres zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass die Abmessungen der Abstände zwischen den Vorsprüngen 41 etwa den Außenmaßen zwischen den Breitseiten der Flachrohre 1 entsprechen. Die Formgebung der Vorsprünge 41 wird so vorgesehen, dass das Gleiten der Vorsprünge 41 in die Abstände zwischen den Flachrohren 1 einerseits erleichtert ist, andererseits aber auch zu perfekten Anlagen sowohl an den Flachrohren als auch im Längsrand 30 führt. Die Vorgehensweise beim Zusammenbau des Wärmetauschers, soweit sie sich nicht bereits aus den vorstehenden Erläuterungen ergeben sollte, ist folgende:

Die Flachrohre 1 und die Rippen 2 werden zu einem Flachrohr - Rippen - Block zusammengelegt. Die Rohrböden 3 mit umgeformten Längsrändern 30 werden an die Enden der Flachrohre 1 gesetzt. Die Sammelkästen 4 werden mit ihren Rändern 40, an denen in Abständen angeordnete Vorsprünge 41 ausgebildet sind, an die Ränder 30 der Rohrböden 3 gesetzt. Die Längsränder 30 der Rohrböden 3 werden im Zuge des so genannten „Aufziehens" der Rohrböden 3 auf die Flachrohrenden in Kontakt mit den Schmalseiten der Flachrohre 1 gebracht. Beim anschließenden Montieren der Sammelkästen 4 werden die Vorsprünge 41 in Kontakt mit den Längsrändern 30 und mit den Flachrohren 1 gebracht, wobei die Vorsprünge 41 in die Abstände zwischen den Flachrohren 1 gesteckt werden.

Konkret werden die die Vorsprünge 41 aufweisenden Längsränder 40 des Sammelkastens 4 innen an die Ränder 30 des Rohrbodens 3 angelegt, wobei die Vorsprünge 41 in die Zwischenräume zwischen benachbarten Flachrohren 1 gesteckt werden. Wie beispielsweise die Fig. 2 zeigt, wurden die Längsränder 30 mit einer geeigneten Abschrägung 33 oder dergleichen versehen, damit sich die Ränder des Sammelkasten 4 leichter in die Längsränder 30 des Rohrbodens 3 einfügen lassen.

Zur Durchführung dieser Herstellungsschritte in der Serienfertigung werden HilfsVorrichtungen eingesetzt, die sich entweder im Prinzip nicht von den bisher üblichen HilfsVorrichtungen unterscheiden oder die vom Fachmann nachempfunden werden können.

Wie beispielsweise die Fig. 1 und 6 weiterhin zeigen, wurde in diesen Ausführungsbeispielen vorgesehen, nicht nur die Längsränder 30 des Rohrbodens 3 umzuformen, sondern auch deren Querränder 32. In nicht gezeigten anderen

Ausführungen bleiben die Querränder 32 im Wesentlichen ohne Umformung, sodass die Rohrböden 3 aus endlosen Blechstreifen herstellbar sind, die auf die benötigte Länge zugeschnitten werden. Nicht gezeigte Seitenteile verschließen dann die stirnseitigen öffnungen der Sammelkästen 4. In der Fig. 1 wurde eine weitere Alternative lediglich angedeutet. Die Andeutung besteht in lediglich zwei Schlitzen 36 in den gegenüberliegenden Längsrändern 30 des Rohrbodens 3. Die Schlitze 36 können als Fortsetzung der öffnungen 31 verstanden werden. Tatsächlich sind bei der ansonsten nicht gezeigten Alternative über die ganze Länge des Rohrbodens 3 hinweg, in Abständen, die den Abständen der Flachrohre 1 entsprechen, solche Schlitze 36 angeordnet. Die Schmalseiten der Flachrohre 1 sitzen in diesen Schlitzen 36, sodass sie vorzugsweise bündig mit der Außenseite der umgeformten Längsränder 30 sind. Die Längsränder 40 des Sammelkastens 4 werden dann von außen (nicht gezeigt) an die Längsränder 30 des Rohrbodens 3 angesetzt. In diesem alternativen Fall sind die Längsränder 40 des Sammelkastens vorzugsweise ohne Vorsprünge 41 ausgebildet.

Die Fig. 12 und 13 zeigen eine mögliche Ausführung eines Wärmetauschers, bei dem der Rohrboden 3 und der Sammelkasten 4 als ein Stück ausgebildet sind. Dieser Rohrboden/Sammelkasten besitzt eine Verbindungsnaht, beispielsweise eine Lötverbindungsnaht 45, die sich auf der Mittellängsachse des Wärmetauschers befindet. Wie die Abbildungen weiter erkennen lassen, liegen die Schmalseiten der Flachrohre 1 innen an den Längsrändern 40 des Rohrbodens/Sammelkastens an. Die Flachrohre sind ferner von den Rändern der öffnungen 31 des nach innen gebogenen Rohrbodens eingefasst. Auch diese Ausführung weist für zahlreiche Anwendungen eine ausreichende Widerstandsfähigkeit gegen Temperaturwechselbelastungen auf. Sie ist auch herstellungsfreundlich.

Im Unterschied zu den Fig. 12 und 13 wurden im Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 14 - 17 wieder wenigstens zweiteilige Rohrböden / Sammelkästen eingesetzt. In den Längsrändern 40 des Sammelkastens 4 wurden Nuten 47 eingeprägt, die in Abständen angeordnet sind, die den Abständen der Flachrohre 1 entsprechen. Jede Nut 47 dient zur Einbettung einer Schmalseite der Flachrohre 1. Da auch in den Nuten 47 eine Lotbeschichtung vorhanden ist, werden hier sehr feste Lötverbindungen erwartet, und es wird eine vergleichsweise höhere Widerstandsfähigkeit gegen Temperaturwechselbelastungen erwartet.