DE10103570A1

DE10103570A1 - Wärmetauscher und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE10103570A1
Application number: DE10103570A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Lamich; Viktor Brost
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2001-01-26
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2002-08-01
Also published as: EP1227291A3; DE50110241D1; US6739386B2; EP1227291B1; US20020108742A1; EP1227291A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren und einen Wärmetauscher (1) für Kraftfahrzeuge mit einem Rippen (3)-Flachrohr (2)-Block, bestehend aus Flachrohren (2) mit dazwischen angeordneten Rippen (3), wobei umgeformte Enden (4) der Flachrohre (2) in gegenüberliegende Sammel- oder Umlenkkästen (5) münden und mit den Längsseiten (6) der umgeformten Enden (4) untereinander sowie mit den Schmalseiten (11) an den Verbindungsrändern (7) der Sammel- oder Umlenkkästen (5) mittels Löten verbunden sind; die Enden (4) der Flachrohre (2) weisen mindestens einen Trennschnitt (8) auf, der die Enden (4) der Flachrohre (2) in zwei Teile (2a; 2b) aufteilt; mindestens eines der Teile (2a, 2b) eines jeden Flachrohres (2) besitzt quer zur Längsrichtung eine Abbiegung (9), die zu einer Verbindungsfläche (10) zwischen der Längsseite (6) des Flachrohres (2) und der Längsseite (6) des Teils (2a; 2b) des benachbarten Flachrohres (2) führt; die Sammel- oder Umlenkkästen (5) reichen mit ihren Verbindungsrändern (7) bis über die Abbiegung (9) hinweg. Der Wärmetauscher wird hauptsächlich hinsichtlich seines Druckverlustes verbessert und die Haltbarkeit der Lötverbindungen wird angehoben, wenn erfindungsgemäß die Enden (4) der Flachrohre (2) innerhalb ihres Umformungsabschnitts (12) an mindestens einer Längsseite (6) zweifach abgestuft sind, wobei die eine Abstufung (13) mittels eines Stauch- und Aufweitvorganges und die andere Abstufung (14) durch den mindestens einen Trennschnitt (8) und ...

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für Kraftfahrzeuge mit einem Rippen- Flachrohr-Block, bestehend aus Flachrohren mit dazwischen angeordneten Rip pen, wobei umgeformte Enden der Flachrohre in gegenüberliegende Sammel- oder Umlenkkästen münden und mit den Längsseiten der umgeformten Enden untereinander sowie mit den Schmalseiten an den Verbindungsrändern der Sam mel- oder Umlenkkästen mittels Löten verbunden sind; die Enden der Flachrohre weisen mindestens einen Trennschnitt auf, der die Enden der Flachrohre in zwei Teile aufteilt; mindestens eines der aufgetrennten Teile eines jeden Flachrohres besitzt quer zur Längsrichtung eine Abbiegung, die zu einer Verbindungsfläche zwischen der Längsseite des Flachrohres und der Längsseite des Teils des be nachbarten Flachrohres führt; die Sammel- oder Umlenkkästen reichen mit ihren Verbindungsrändern bis über die Abbiegung hinweg, Ferner betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für den Wärmetauscher.

Der Wärmetauscher und das Verfahren sind Gegenstand der bisher unveröffent lichten Patentanmeldungen DE 100 19 268.8 und DE 100 60 006.9.

Wird ein solcher Wärmetauscher als Kühlmittel-Kühler verwendet, ist der kleine Durchmesser der Flachrohre relativ gering, oftmals im Bereich von weniger als 2 mm, so daß die durch den Trennschnitt entstandenen zwei Teile, die der Lötver bindung mit den Verbindungsrändern der Sammel- oder Umlenkkästen dienen, ebenfalls sehr kleine Flächen ausbilden, die zu teilweise unbefriedigenden Lötver bindungen führen.

Beispielsweise aus den Fig. 4 und 6 der DE 195 43 986 A1 ist zu erkennen, daß der große Durchmesser der umgeformten Enden der Flachrohre soweit verkleinert ist, daß die Sammel- oder Umlenkkästen deutlich schmaler sind als der Rippen- Flachrohr-Block. Würde der große Durchmesser nicht so stark verkleinert werden, käme es auch dort verstärkt zu Problemen hinsichtlich der Lötverbindung. Ferner würde sich der Abstand zwischen den Flachrohren bzw. die Höhe der dazwischen angeordneten Rippen zwangsläufig weiter verringern, was hinsichtlich der Kon struktionsfreiheit Einschränkungen mit sich bringt.

Mithin entstehen Nachteile, insbesondere wenn in einem bestimmten Anwen dungsfall die Netztiefe, bzw. die Tiefe des Rippen-Rohr-Blocks sehr gering sein soll, beispielsweise im Bereich von 20 bis 30 mm, weil dann die Sammel- oder Umlenkkästen so schmal sind, daß sie zu einem unerwünscht hohen Druckverlust im Kühlmittel führen.

Die Aufgabe vorliegender Erfindung besteht darin, die vorstehenden Nachteile zu beseitigen oder abzuschwächen.

Erfindungsgemäß ist dazu bei dem Wärmetauscher vorgesehen, daß die Enden der Flachrohre innerhalb ihres Umformungsabschnitts zweifach abgestuft sind, wobei die eine Abstufung mittels eines Stauch- und Aufweitvorganges und die andere Abstufung durch den Trennschnitt und die Abbiegung mindestens eines der aufgetrennten Teile herstellbar ist.

Das Herstellungsverfahren sieht im Zusammenhang mit dem Oberbegriff des An spruchs 5 erfindungsgemäß vor, daß die Enden der Flachrohre vor dem Auftren nen oder in einem Arbeitsgang mit dem Auftrennen einer Stauch- und Aufwei toperation unterzogen werden, wobei der kleine Durchmesser der Flachrohre er weitert und der große Durchmesser der Flachrohre verkleinert wird, und daß der mindestens eine Trennschnitt innerhalb des Umformabschnittes in den Schmal seiten der Enden der Flachrohre angebracht wird.

Die Erfindung führt zu folgenden Vorteilen. Weil die Enden der Flachrohre zu nächst umgeformt, dann aufgetrennt und danach mindestens eines der abge trennten Teile abgebogen wird, kann mit der maßlichen Gestaltung der Abbiegun gen der Abstand zwischen den Flachrohren und damit der Auswahlbereich für ge eignete Rippen wesentlich erweitert werden.

Außerdem ergeben sich an den Enden der Flachrohre breitere Schmalseiten und damit wird sich die Lötqualität der Schmalseiten mit den Verbindungsrändern der Sammel- oder Umlenkkästen verbessern.

Die Erfindung gewährleistet die Verwendung der Wärmetauscher auch für Kühl mittel-Luft-Kühler, die Flachrohre mit sehr kleinen Abmessungen ihrer kleinen Durchmesser aufweisen, weil auch bei derartigen Wärmetauschern genügend Löt flächen erzeugt werden können. Selbstverständlich ist die Erfindung jedoch auch beispielsweise für luftgekühlte Ladeluftkühler mit Vorteilen anwendbar.

Insbesondere wird durch die Erfindung - durch die Kombination von Stauch- und Aufweitoperation mit Trenn- und Abbiegevorgang - erreicht, daß auch Wärmetau scher mit geringer Tiefe des Kühlnetzes also sehr schmale Wärmetauscher Sam mel- oder Umlenkkästen aufweisen können, die nicht schmaler sein müssen als die Tiefe des Kühlnetzes. Damit wird der Druckabfall im Kühlmittel nicht so stark ausfallen wie beim Stand der Technik.

Insbesondere ist das deshalb erreicht worden, weil die Aufweitoperation geringer sein kann, d. h. nicht so große Umformgrade aufweist als beim Stand der Technik, was bedeutet, daß nicht so große Einengungen am Übergang des Umformab schnittes zum Flachrohr vorhanden sind. Das führt zu einer deutlichen Verringe rung des Druckverlustes.

Weil der Umformgrad geringer sein kann, kann auch die Tiefe des Umformab schnittes und die Länge des Trennschnittes am jeweiligen Ende des Flachrohres vergrößert werden, wodurch die Vielfalt konstruktiver Möglichkeiten wesentlich er weitert wird.

Letztlich ist die Anbringung des Trennschnitts, falls das in einem separaten Ar beitsschritt erfolgen soll, einfacher geworden, weil die Schmalseiten der Flachrohr enden vorher verbreitert wurden.

Weitere Merkmale sind Inhalt der Unteransprüche, auf die hiermit verwiesen wird. Außerdem gehen Merkmale und Wirkungen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen hervor, die möglicherweise auch als wesentlich ange sehen werden müssen. Dazu wird Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen ge nommen.

Fig. 1 Teil-Seitenansicht des Wärmetauschers;

Fig. 2 Schnitt B-B von Fig. 1 mit Einzelheit "U";

Fig. 3 Schnitt C-C von Fig. 1 mit Einzelheit "V";

Fig. 4 Teil-Seitenansicht des Wärmetauschers ohne Sammelkasten;

Fig. 5 Schnitt A-A aus Fig. 4 mit Einzelheit "W";

Fig. 6 Perspektivische Ansicht des Endzustandes des Flachrohrendes;

Fig. 7 Perspektivische Ansicht der Vorstufe des Flachrohrendes;

Fig. 8 2. Ausführungsbeispiel in einer Teil-Seitenansicht;

Fig. 9 3. Ausführungsbeispiel in einer Teil-Seitenansicht;

Fig. 10 4. Ausführungsbeispiel;

Fig. 11 Perspektivische Ansicht einer 5. Ausführung;

Fig. 12 wie Fig. 11, zusammengebaut;

Der Rippen-Flachrohr-Block des Wärmetauschers 1 besteht aus Flachrohren 2 und dazwischen angeordneten Wellrippen 3. Die Teilansicht in der Fig. 1 zeigt le diglich einen Sammelkasten 5. Es versteht sich, daß der andere Sammelkasten 5 an den gegenüberliegenden Enden 4 der Flachrohre 2 identisch angeordnet ist. Sämtliche Teile dieses Ausführungsbeispiels bestehen aus Aluminium und sind nach Bedarf mit Lot plattiert. Die Sammelkästen 5 sind von einfachster Gestalt, so daß ihre Herstellung sehr kostengünstig mit bekannten Verfahren der Umform technik möglich ist. Jeder Sammelkasten 5 hat zwei Verbindungsränder 7, mit de nen er die Schmalseiten 11 der Flachrohre 2 an den Enden 4 im Umformabschnitt 12 (Fig. 6) übergreift. Im Ausführungsbeispiel aus den Fig. 1 bis 7 sind die Enden 4 der Flachrohre 2 innerhalb ihres Umformungsabschnitts 12 an beiden Längsseiten 6 zweifach abgestuft, wobei die eine Abstufung 13 mittels eines Stauch- und Auf weitvorganges und die andere Abstufung 14 mittels eines einzigen Trennschnitts 8, durch beide Schmalseiten 11 der Flachrohre 2 und durch die Abbiegung 9 beider Teile 2a; 2b hergestellt ist. Die Breite B der Sammelkästen 5 entspricht der Tiefe T des Kühlnetzes, was aus der Fig. 3 zu erkennen ist und auch aus der Fig. 5 her vorgeht, die das Kühlnetz ohne Sammelkasten 5 zeigt. Deshalb handelt es sich bei dem Wärmetauscher dieses Ausführungsbeispiels um einen Kühlmittel-Luft- Kühler, der eine relativ geringe Tiefe T des Kühlnetzes besitzt, die etwa 25 mm beträgt. Ferner besitzt dieser Flachrohre 2, deren kleiner Durchmesser d weniger als 2 mm groß ist.

Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch Fig. 1, der etwa im Bereich der ersten Abstu fung 13 der Enden 4 der Flachrohre 2 angeordnet ist bzw. kurz oberhalb der Ab stufung 13. Die Abstufung 13 entsteht im Ergebnis des Stauch- und Aufweitvor ganges. Die Fig. 3 zeigt einen anderen Schnitt durch Fig. 1, der kurz oberhalb der zweiten Abstufung 14 bzw. durch die Verbindungsflächen 10 verläuft, die durch die aneinander anliegenden Längsseiten 6 benachbarter Flachrohrenden 4 gebildet sind. Die Abstufung 14 entsteht im Ergebnis der Abbiegung 9 der Teile 2a und 2b. Der Umformgrad des Stauch- und Aufweitvorganges ist deutlich geringer als bei bekannten Wärmetauschern, d. h. der große Durchmesser D des Flachrohres 2 ist wesentlich weniger reduziert worden und der kleine Durchmesser d ist deutlich geringer erweitert worden. Deshalb könnte ohne Probleme der Umformabschnitt 12 auch tiefer in das Flachrohr 2 hinein reichen als es in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist. Dadurch würden dann noch größere Flächen für die Lötverbindung zwischen den Schmalseiten 11 und den Verbindungsrändern 7 entstehen. Das Ergebnis des beschriebenen Verfahrensschrittes (Aufweitvorgang) ist in der Fig. 7 gezeigt. Die Abbildung zeigt ferner bereits den in den Ausführungsbeispielen einzigen Trennschnitt 8, der mittig in den Schmalseiten 11 des Flachrohres 2 und zwar innerhalb des Umformabschnitts 12 angebracht wird. Der Trennschnitt ist deutlich kürzer als der Umformabschnitt 12. Danach werden, wie die Fig. 6 zeigt, die beiden Teile 2a und 2b abgebogen und die Abstufung 14 wird ausgebildet.

In Fig. 8 wurde der Umformungsabschnitt 12, wie auch in Fig. 7 gezeigt, symme trisch zum Flachrohr 2 ausgebildet. Anschließend wurde, wie beschrieben, der ein zige Trennschnitt 8 angebracht, wonach das Teil 2a abgebogen wurde und das Teil 2b unverformt bleibt.

Eine ähnliche Abwandlung zeigt die Fig. 10, bei der im Unterschied zur Fig. 8 der Umformabschnitt 12 asymmetrisch zum Flachrohr 2 ausgebildet worden ist.

Die Fig. 9 zeigt ebenfalls einen asymmetrischen Umformabschnitt 12, jedoch sind dort beide Teile 2a und 2b abgebogen worden.

Die maßliche Gestaltung der Abstufungen 13, 14 und die Tiefe des Umformab schnitts 12 kann sich bei den gezeigten Varianten unterscheiden. Deshalb er schließen sich dem Konstrukteur weitreichende Möglichkeiten der Gestaltung der Wärmetauscher. Die Abstufungen 13, 14 führen zu einem sanften Übergang für das Kühlmittel beim Eintritt in die Flachrohre 2. Deshalb tragen sie zur Senkung des Druckverlustes bei.

Die Fig. 11 und 12 betreffen eine Weiterbildung, in der die Verbindungsränder 7 der Sammelkästen 5 durch vierseitige Rahmen 15 ersetzt wurden. Der Rahmen besitzt Längs- und Querseiten 16, 17 und wird über die Enden 4 der Flachrohre 2 geschoben und an den Enden 4 in einer Lötoperation gemeinsam mit allen ande ren Teilen verbunden. Diese Weiterbildung ermöglicht die Verwendung von Sam melkästen 5 aus Kunststoff. Der Rahmen 15 hat einen U-förmigen Querschnitt, wie die Fig. 11 und 12 zeigen, der zur Aufnahme und mechanischen Befestigung des Randes des nicht gezeigten Sammelkastens 5 dient. Dazu werden Laschen 18 umgebogen, die den Sammelkasten 5 fest und dicht im Rahmen 15 halten können.

Ferner bieten sich andere Abwandlungen an, bei denen mehrere Trennschnitte 8 vorgenommen werden. Dabei entstehen dann nicht nur die Teile 2a und 2b son dern noch mindestens ein drittes Teil. Das dritte Teil ist ein mittleres Teil und bleibt unverformt. Darüber hinaus kann der Trennschnitt 8 auch durch einen Ausschnitt in beiden Schmalseiten 11 ersetzt werden. Zu diesen hier nicht gezeigten Ab wandlungen wird auf die weitere nicht vorveröffentlichte Anmeldung DE 100 60 006.9 verwiesen, deren gesamter Inhalt als auch an dieser Stelle offenbart gelten soll. Diese Abwandlungen sind besonders für luftgekühlte Ladeluftkühler von Inter esse.

Claims

1. Wärmetauscher (1) für Kraftfahrzeuge mit einem Rippen (3) - Flachrohr (2) - Block, bestehend aus Flachrohren (2) mit dazwischen angeordneten Rippen (3), wobei umgeformte Enden (4) der Flachrohre (2) in gegenüberliegende Sammel- oder Umlenkkästen (5) münden und mit den Längsseiten (6) der umgeformten En den (4) untereinander sowie mit den Schmalseiten (11) an den Verbindungsrän dern (7) der Sammel- oder Umlenkkästen (5) mittels Löten verbunden sind; die Enden (4) der Flachrohre (2) weisen mindestens einen Trennschnitt (8) auf, der die Enden (4) der Flachrohre (2) in zwei Teile (2a; 2b) aufteilt; mindestens eines der Teile (2a, 2b) eines jeden Flachrohres (2) besitzt quer zur Längsrichtung eine Ab biegung (9), die zu einer Verbindungsfläche (10) zwischen der Längsseite (6) des Flachrohres (2) und der Längsseite (6) des Teils (2a; 2b) des benachbarten Flach rohres (2) führt; die Sammel- oder Umlenkkästen (5) reichen mit ihren Verbin dungsrändern (7) bis über die Abbiegung (9) hinweg, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (4) der Flachrohre (2) innerhalb ihres Umformungsabschnitts (12) an mindestens einer Längsseite (6) zweifach abgestuft sind, wobei die eine Abstufung (13) mittels eines Stauch- und Aufweitvorganges und die andere Abstufung (14) durch den mindestens einen Trennschnitt (8) und die Abbiegung (9) mindestens eines der Teile (2a; 2b) hergestellt ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Trennschnitt (8) in beiden Schmalseiten (11) kürzer ist als die Tiefe des Um formabschnitts (12).

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umformabschnitt (12) symmetrisch oder asymmetrisch zum jeweiligen Flachrohr ausgeführt ist

4. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekenn zeichnet, daß der Trennschnitt (8) in Richtung des großen Durchmessers (D) der Flachrohre (2), vorzugsweise parallel und mittig zwischen deren Längsseiten (6) angeordnet ist und die eine Abstufung (13) etwa am Beginn des Umformabschnit tes (12) und die zweite Abstufung (14) etwa oberhalb des Endes des Trennschnitts (8) angeordnet ist, wo sie in die Verbindungsfläche (10) zwischen den Längsseiten (6) benachbarter Enden (4) der Flachrohre (2) übergeht.

5. Verfahren zur Herstellung von Wärmetauschern nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem der Rippen (3) - Flachrohr (2) - Block mit den Sammel- oder Umlenkkästen (5) gleichzeitig verlötet wird, wobei zuvor die Enden (4) der Flachrohre (2 aufgetrennt werden und mindestens eines der nach dem Auftrennen entstandenen zwei Teile (2a; 2b) eines jeden Endes (4) der Flachrohre (2) quer zur Längsrichtung der Flachrohre (2) abgebogen wird, um mit der Längs seite (6) des benachbarten Flachrohres (2) eine Verbindungsfläche (10) zu bilden, daß dann die Sammel- oder Umlenkkästen (5) mit ihren Verbindungsrändern (7) über den Rippen-Flachrohr-Block geschoben und die Verbindungsränder (7) mit den Schmalseiten (11) der aufgetrennten Enden (4) der Flachrohre (2) verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (4) der Flachrohre (2) vor dem Auftrennen oder in einem Arbeitsgang mit dem Auftrennen einer Stauch- und Aufweitoperation unterzogen werden, wo bei der kleine Durchmesser (d) der Flachrohre (2) erweitert und der große Durch messer (D) der Flachrohre (2) verkleinert wird, und daß der mindestens eine Trennschnitt (8) innerhalb des Umformabschnittes (12) in den Schmalseiten (11) der Enden (4) der Flachrohre (2) angebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der große Durch messer (D) der Flachrohre so weit verkleinert wird, bis die Tiefe (T) des Rippen- Flachrohr-Blocks etwa übereinstimmt mit der Breite (B) der Sammel- oder Um lenkkästen (5).