Um eine Leistungssteigerung eines Verbrennungsmotors zu erzielen, kann die der Verbrennung zuzuführende Luft beispielsweise mit einem Turbolader verdichtet werden, bevor sie den Brennkammern des Verbrennungsmotors zugeführt wird. Die Verdichtung der Luft bringt jedoch gleichzeitig eine Er- wärmung derselben mit sich, die für einen optimalen Ablauf des Verbren- nungsprozesses nachteilig ist. Beispielsweise kann dadurch eine verfrühte Zündung oder eine erhöhte Stickoxidemission ausgelöst werden. Um die nachteiligen Folgen von der Verbrennung zugeführter überhitzter Luft zu vermeiden, wird einem Turbolader ein als Ladeluftkühler ausgebildeter Wär- meübertrager nachgeschaltet, mit dem die komprimierte Luft vor ihrer Ver- brennung auf eine zulässige Temperatur abgekühlt werden kann.

Ein Ladeluftkühler ist beispielsweise in der DE 197 57 034 A1 beschrieben.

Bei dem dortigen Wärmetauscher wird die heiße Luft in einen ersten Sam- melkanal des Wärmetauschers eingeleitet, wo sie sich verteilt und in Flach- rohre einströmt, die in den Sammelkanal einmünden. Die Flachrohre sind nebeneinander, und mit den die langen Seiten ihres Querschnittes enthal- tenden Seitenflächen parallel zueinander angeordnet und bilden einen Strö-

mungsweg aus, durch den kühlende Luft durchgeleitet wird. Im Strömungs- weg sind zwischen den Flachrohren Kühlrippen angeordnet, die einen effek- tiven Wärmeaustausch zwischen den Flachrohren und dem kühlenden Luft- strom bewirken. Nach dem Durchqueren des kühlenden Luftstroms münden die Flachrohre in einen zweiten Sammelkanal, der die darin einströmende, gekühlte, komprimierte Ladeluft der Verbrennung im Motor zuführt.

Bei Wärmeübertragern wie insbesondere derartigen Ladeluftkühlern sind die Rohre üblicherweise in Öffnungen eines Rohrbodens gesteckt und fluiddicht verlötet. Bei jeder Beladung mit komprimierter Luft unterliegt diese Lötver- bindung aufgrund schneller Druckänderungen hohen mechanischen Bela- stungen. Besonders die Schmalseiten von Flachrohren erfüllen nicht die steigenden Festigkeitsanforderungen, wodurch sich Undichtigkeiten insbe- sondere in den Seiten des Rohrbodens zugewandten Bereichen solcher Rohr-Boden-Verbindungen ergeben können.

Ein einfacher Weg, um die Festigkeit von Rohr-Boden-Verbindungen zu steigern, ist eine Verwendung von Rohren und/oder Rohrböden mit höherer Wandstärke oder von Außen-und/oder Innenrippen mit höherer Material- stärke. Die vergrößerte mechanische Stabilität ist in beiden Fällen einleuch- tend, der dafür benötigte Mehraufwand an Materialkosten und-gewicht je- doch sehr hoch.

Andere Lösungsvorschläge befassen sich mit einer Verminderung der me- chanischen Beanspruchung der Rohr-Boden-Verbindungen durch Verwen- dung von Zugankern in den Ladeluftkästen. Diese Zuganker stabilisieren die Ladeluftkästen und entlasten dadurch die Rohr-Boden-Verbindungen, brin- gen jedoch eine Erhöhung des Materialaufwands und des durch den Lade- luftkühler verursachten Druckverlustes mit sich.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Ladeluftkühler, bereitzustellen, bei dem mechanische Belastungen von Rohr-Boden-Verbindungen ohne Mehraufwand an Material verringert wer- den.

Diese Aufgabe wird durch einen Wärmetauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.- Gemäß Anspruch 1 weist ein Wärmeübertrager Rohre auf, die geeignet sind, . von einem ersten Medium durchströmt und von einem zweiten Medium um- strömt zu werden, so daß Wärme von dem ersten auf das zweite Medium oder umgekehrt übertragbar ist. Zumindest ein mit den Rohren kommunizie- render Sammelkasten umfaßt zumindest einen Rohrboden, wobei der Rohr- boden im wesentlichen flach ausgebildet ist und Durchzüge aufweist, in die die Rohre zu einer Bildung der kommunizierenden Verbindung mit dem Sammelkasten einsteckbar sind.

Grundgedanke der Erfindung ist es, die die Durchzüge umgebenden Berei- che des Rohrbodens in Form von Vertiefungen oder Erhebungen geome- trisch so zu gestalten, daß die Durchzüge jeweils am"Grund"einer Vertie- fung beziehungsweise auf dem"Gipfel"einer Erhebung angeordnet sind.

Daraus resultierend sind die Durchzüge umlaufend von Flanken, nämlich den Flanken der Vertiefungen beziehungsweise Erhebungen, eingefaßt.

Durch eine solche geometrische Gestalt, besonders durch die umlaufende Gestaltung der Flanke, wird die Biegesteifigkeit des Rohrbodens gegenüber einem flachen Rohrboden in mehreren Richtungen erhöht, so daß Verfor- mungen, die durch eine Druckbelastung des Sammelkastens auftreten, ver- ringert werden, wodurch Verbindungen von Rohren mit dem Rohrboden me- chanisch entlastet werden. Bevorzugt sind die Vertiefungen beziehungswei- se Erhebungen so breit, daß die Flanken jeweils zweier benachbarter Durch- züge unter Bildung einer Verstärkungssicke aneinandergrenzen.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Wärmeübertragers werden dessen mechanische Festigkeit und damit auch dessen Lebensdauer erhöht, ohne daß dafür ein Mehraufwand an Material oder Teilezahl nötig wäre.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Un- teransprüche.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform weisen die Flanken jeweils über den Umfang eines Durchzugs eine im wesentlichen konstante Breite auf. Dadurch wird die Biegesteifigkeit des Rohrbodens in allen Richtungen im wesentlichen gleichmäßig erhöht.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Rohre als Flachrohre ausgebildet und in einer oder in mehreren Reihen angeordnet. Die Durchzü- ge sowie die dazwischenliegenden durch die Flanken gebildeten Sicken sind dann entsprechend der Rohrquerschnitte länglich ausgebildet.

Bevorzugt weisen die Flanken jeweils eine Rundung mit etwa konstantem Krümmungsradius oder mehrere Rundungen mit verschiedenen Krüm- mungsradien auf. Dadurch wird eine besonders gute Annäherung an einen halbkreisförmigen Querschnitt der zwischen den Durchzügen liegenden Sik- ken erreicht, woraus eine besonders hohe Biegesteifigkeit resultiert.

Gemäß einer anderen Ausführungsform umfassen die Flanken jeweils einen oder mehrere ebene Bereiche, so daß die Flanken beziehungsweise die Sik- ken zwischen den Durchzügen eine facettierte Form aufweisen. Dies ermög- licht eine sichere Herstellung mit niedrigen Fertigungstoleranzen.

Besonders bevorzugt bildet der zumindest eine ebene Bereich mit dem je- weiligen Durchzug einen stumpfen Winkel. Dies bedeutet, daß der Durchzug selbst eine zusätzliche Erhöhung der Biegesteifigkeit des Rohrbodens be- wirkt, da der Durchzug in die gleiche Richtung weist wie die Vertiefung oder Erhebung, an deren"Grund"beziehungsweise auf deren"Gipfel"sich der Durchzug befindet.

Der Winkel zwischen dem ebenen Bereich der Flanke und dem Durchzug beträgt bevorzugt zwischen 30° und 60°, besonders bevorzugt etwa 45°. In diesem Fall ist eine Breite der Flanke unter Umständen etwa gleich einer Höhe der. Flanke, so daß sich eine besonders hohe Stabilität des Rohrbo- dens gegenüber Verformungen ergibt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Durchzüge aus dem zumindest einen Sammelkasten heraus. Dies hat gegebenenfalls den Vor- teil, daß jeweils ein an einen Rand des Rohrbodens angrenzender Bereich der Flanken in einen unter Umständen aufgestellten Rand des Rohrbodens übergeht, wodurch sich eine weitere Festigkeitserhöhung des Rohrbodens ergibt.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist der erfindungsgemäße Wärme- übertrager als Ladeluftkühler ausgebildet, der besonders bevorzugt in Kraft- fahrzeugen einsetzbar ist. Insbesondere weist der Ladeluftkühler zwei Sam- melkästen auf, von denen ein erster zur Verteilung und ein zweiter zur Sammlung von Ladeluft vorgesehen ist. Vorteilhafterweise weist jeder der Sammelkästen genau einen Rohrboden auf, der mit einer Reihe von Rohr- öffnungen versehen ist. Auch ist es vorteilhaft, eine Reihe von Flachrohren mit dazwischenliegenden, insbesondere verlöteten Wellrippen zu verwen- den, da hierdurch eine vergrößerte Wärmeübertragungsfläche erreicht wird.

Als Kühlmedium dient vorzugsweise Luft, wobei auch andere Kühlmedien wie Wasser oder Kühlmittel denkbar sind.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird ein Rohrboden hergestellt, indem mittels eines Umformverfahrens ein oder mehrere Rand- bereiche eines ebenen Bleches aufgestellt und aneinandergrenzende Ver- tiefungen in das Blech eingebracht werden. Die Vertiefungen weisen dabei jeweils eine im wesentlichen ebene Grundfläche und eine die Grundfläche einfassende und umlaufende Flanke auf. Anschließend werden die Grund- flächen der Vertiefungen mit Hilfe eines Durchziehverfahrens unter Bildung von Durchzügen durchstoßen. Sollen Rohre von der Seite der Vertiefungen in den Rohrboden gesteckt werden, werden besonders bevorzugt Einführ-

schrägen zur Erleichterung eines solchen Einsteckens von Rohren in die Durchzüge geprägt.

Fertigungstechnisch vorteilhaft ist eine Ausgestaltungsform eines Rohrbo- dens mit einer oder mehreren Reihen von gleichen Flanken und/oder Durch- zügen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine Schrägansicht eines Rohrbodens, Fig. 2 eine Seitenansicht eines Rohrbodens mit eingesetztem Rohr, Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Rohrboden mit eingesetzten Rohren, Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Rohrbodenausschnitt mit eingesetz- tem Rohr und Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen Rohrbodenausschnitt mit eingesetz- tem Rohr.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Wärmeübertrager 10 in einer per- spektivischen Darstellung. Ein Sammelkasten 20 zur Verteilung eines ersten Mediums besteht aus einem Rohrboden 30 und einem nicht gezeigten Ka- stendeckel, die an einer gemeinsamen Berührungsfläche 50 miteinander verschweißt sind. Der Kastendeckel ist hierbei in den Rohrboden 30 hinein- gesteckt. Es ist aber ebenso denkbar, den Kastendeckel auf den Rohrboden 30 aufzustecken oder anderweitig an dem Rohrboden 30 anzubringen. Bei anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispielen sind ein Rohrboden und ein Kastendeckel durch Lötung, Verklebung oder formschlüssig miteinander verbunden beziehungsweise einteilig oder einstückig, das heißt beispiels- weise aus einer umgeformten Platte bestehend, ausgebildet.

Der Rohrboden 30 weist eine Rohröffnung 60 auf, deren Rand 70 als soge- nannter Durchzug aus dem Sammelkasten heraus umgeformt ist. Ein im we- sentlichen rechteckiges Flachrohr ist in die Rohröffnung 60 steckbar und mit dem Rohrboden 30 verlötbar oder verschweißbar. Nicht dargestellt sind Wellrippen, die beidseits an das ebenfalls nicht gezeigte Flachrohr angren- zen und mit letzterem verlötet sind, so daß ein Wärmeübertrag von einem das Rohr durchströmenden auf ein das Rohr und die Rippen umströmendes Medium oder umgekehrt gesteigert wird. Insgesamt umfaßt der Wärmeüber- trager 10 eine ganze Reihe von sich abwechselnden Flachrohren und Well- rippen, die einen sogenannten Rohr-Rippen-Block bilden.

Wird der Sammelkasten 20 mit einem Medium unter Druck beaufschlagt, verformt sich der Sammelkasten 20 unter Umständen derart, daß sich seine Querschnittsform einer Kreisform annähert. Um einer solchen Verformung entgegenzuwirken, ist der Durchzug 70 von einer umlaufenden Flanke 90 eingefaßt, die sich in einem stumpfen Winkel an den Durchzug anschließt.

Die Flanke weist eine Breite auf, die rings um den Durchzug 70 im wesentli- chen konstant ist. Dadurch ergibt sich eine gleichmäßige Versteifung des Rohrbodens 30 sowohl in Rohrboden-Längsrichtung durch die Flankenberei- che 91,92 an den Stirnseiten des Durchzugs 70 als auch in Rohrboden- Querrichtung durch die Flankenbereiche 93,94 an den Langseiten des Durchzugs 70.

Daraus resultiert eine geringere Verformung des Rohrbodens 30 unter Druckbelastung des Sammelkastens 20. Diese reduzierte Verformung des Rohrbodens 30 bringt eine Verringerung der mechanischen Belastung des Rohres beziehungsweise der Rohr-Boden-Verbindung mit sich. Insbesonde- re die bei solchen druckbedingten Verformungen mechanisch am stärksten beanspruchten Stirnseiten des Flachrohres werden dadurch entlastet.

Wie in der Seitenansicht des Wärmeübertragers 110 in Fig. 2 zu erkennen ist, ist das Rohr 120 so weit in die Rohröffnung 160 hineingesteckt, daß ein oberer Randbereich 121 des Rohres 120 über den Rohrboden 130 hinaus- ragt. Dadurch wird eine gute Ausnutzung einer dem Rohr 120 zugewandten, nicht sichtbaren Innenfläche des Durchzugs 170 als Anlagefläche für eine

Rohr-Boden-Verbindung gewährleistet. Dies dient beispielsweise einer dichten Verlötung. Um einen unnötig hohen Druckabfall des ersten Mediums über den Wärmeübertrager zu vermeiden, ist der Überstand des Rohres 120 über den Rohrboden 130 so gering wie möglich zu halten. Aus diesem Grund befindet sich die Rohröffnung 160 in einem im wesentlichen ebenen Mittelbereich 131 des Rohrbodens 130.

Der Durchzug 170 ist von einer Flanke 190 eingefaßt, deren Stirnseiten 191, 192 einerseits unter einem stumpfen Winkel in den Durchzug 170 und ande- rerseits, ebenfalls unter einem stumpfen Winkel, in einen aufgestellten Randbereich 132 des Rohrbodens 130 übergehen. Durch den damit verbun- denen s-förmigen Querschnitt des Rohrbodens 130 im Bereich Deckeln- schlußfläche 150-Randbereich 132-Flankenbereich 191/192-Durchzug 170 wird dem Rohr 120 beziehungsweise der Rohr-Boden-Verbindung eine zusätzliche Belastungsreduzierung zuteil.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wärmeübertragers 210 ausschnittsweise in einem Längsschnitt. Rohre 220,221, 222 stecken in Durchzügen 270,271, 272 eines Rohrbodens 230. Um einen Druckabfall eines durch den Wärmeübertrager 210 und unter anderem durch die Rohre 220,221 222 strömenden Mediums über den Wärmeübertrager 210 zu re- duzieren, weisen die Durchzüge 270,271, 272 aus dem ansonsten nicht ge- zeigten Sammelkasten heraus und die Rohre 220,221, 222 ragen nicht über den Rohrboden 230 beziehungsweise dessen Durchzüge 270,271, 272 hin- aus.

Die Durchzüge 270,271, 272 sind dabei von Flanken 290 eingefaßt, die je- weils einen ebenen Teilbereich 295 aufweisen. Der ebene Teilbereich 295 schließt mit dem Durchzug 270 einen stumpfen Winkel ein, wodurch die ver- steifende Wirkung der durch die Flanke 290 gebildeten Vertiefung im Rohr- boden 230 zusätzlich verstärkt wird. Die Flanken 290 grenzen dabei unmit- telbar aneinander, so daß Sicken 299 gebildet werden, die in Fig. 3 in ihrem Querschnitt zu sehen sind. Wie in diesem Querschnitt deutlich gezeigt ist, weisen die Sicken 299 keine waagrechten, zwischen den Flanken 290 lie- genden Bereiche auf.

Vorteilhafterweise ist die Breite b der Höhe h der Flanken 290 ähnlich, be- sonders bevorzugt etwa gleich. Aus diesem Grund beträgt der Winkel zwi- schen dem ebenen Teilbereich 295 der Flanke 290 und dem Durchzug 270 etwa 45°. Für die Sicken 299 ergibt sich dadurch ein Sickenwinkel a von et- wa 90°, womit eine besonders hohe Versteifungswirkung der Sicken 299 verbunden ist.

Fig. 4. zeigt den Ausschnitt einer abgewandelten Ausgestaltung des Wär- meübertragers aus Fig. 3. Hier ragt das Rohr 320 über den Durchzug 370 hinaus, endet jedoch unterhalb einer Oberfläche 335 des Rohrbodens 330.

Hierdurch ergibt sich eine erhöhte Fertigungssicherheit hinsichtlich einer fluiddichten Verbindung zwischen dem Rohrboden 330 und dem Rohr 320.

Beispielsweise eine Lötverbindung wird durch einen zu dem Lötspalt 375 zusätzlich hinzukommenden Lötspalt 376 verbessert. Der Lötspalt dient da- bei gleichzeitig als Einführschräge für eine Erleichterung des Einsteckens des Rohres 320 in den Rohrboden 330.

Im Gegensatz dazu ragt bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel das Rohr 420 über den Durchzug 470 und über eine Oberfläche 435 des Rohrbodens 430 hinaus. Wegen der damit verbundenen größeren Toleran- zen bezüglich der Länge des Rohres 420 folgt eine weitere Erhöhung der Fertigungssicherheit.