DE102005043093A1

DE102005043093A1 - Wärmetauscherrohr

Info

Publication number: DE102005043093A1
Application number: DE102005043093A
Authority: DE
Inventors: Jens Dipl.-Ing. Nies
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2005-09-10
Filing date: 2005-09-10
Publication date: 2007-03-15

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein flaches Wärmetauscherrohr, mit zwei Breitseiten (B1, B2) und zwei Schmalseiten (S), das aus einem einzigen Blechstreifen herstellbar ist, bei dem die Längsränder (10) des Blechstreifens, in einer Breitseite (B1) des Wärmetauscherrohres liegend, abgebogen sind, in das Innere des Wärmetauscherrohres ragen und miteinander verbunden sind. Solche Wärmetauscherrohre sind besonders kostengünstig herstellbar und weisen eine gewisse Flexibilität bezüglich Änderungen auf, wenn erfindungsgemäß vorgesehen wird, dass die abgebogenen Längsränder (10) die andere Breitseite (B2) nicht berühren, und wenn ein Inneneinsatz (20) in dem Wärmetauscherrohr angeordnet ist, der - in Querrichtung des Rohres gesehen - zumindest über die Verbindung (11) der Längsränder (10) hinweg durchgehend ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein flaches Wärmetauscherrohr einfachster Bauart, welches die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweist und ferner einen Wärmetauscher, der solche Rohre besitzt.

Der Stand der Technik ist bei Wärmetauscherrohren gekennzeichnet durch eine extreme Vielfalt, die kaum zu überschauen ist.

Ein mit den Merkmalen des Oberbegriffes ausgebildetes Wärmetauscherrohr ist bereits seit 1962 aus der JP-A-37-31024 bekannt. Dort sind die abgebogenen Längsränder an der anderen Breitseite des Rohres abgestützt worden, wohl um die Innendruckstabilität des Wärmetauscherrohres zu verbessern. Dieses Wärmetauscherrohr besitzt zwei getrennte Kammern, was nicht immer von Vorteil ist. Möchte man zum Beispiel einen Inneneinsatz vorsehen, muss in jede Kammer ein solcher Inneneinsatz eingeschoben werden, was man als zu aufwendig ansehen könnte.

Das aus der WO 94/00726 bekannte Wärmetauscherrohr ist komplett mit dem Inneneinsatz aus einem einzigen Blechstreifen hergestellt worden, was fertigungstechnisch, insbesondere in der Massenproduktion, erkennbare Vorteile haben wird. Es ist jedoch mit diesem Wärmetauscherrohr schwierig, dem Wunsch zu entsprechen, die Abmessung des Wärmetauscherrohres zu verändern. Dies würde bedeutende Aufwendungen für Werkzeuge und Vorrichtungen erfordern, die für eine wirtschaftliche Herstellung notwendig sind.

Ferner sei an dieser Stelle – aus der Vielfalt der Veröffentlichungen heraus – noch auf die DE 25 06 434 hingewiesen, in der ein geschweißtes, aus einem einzigen Blechstreifen herstellbares, flaches Wärmetauscherrohr gezeigt und beschrieben wird. Um eine Gegenkraft zur Durchführung des qualitätsgerechten Schweißvorgangs zu erzeugen, wurde einer der beiden Längsränder des Blechstreifens nach innen in das Wärmetauscherrohre gebogen, der das Rohr derart abstützen soll, dass die Längsschweißnaht angebracht werden kann, ohne dass das Rohr beim Schweißen allzu stark nach innen einfällt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Wärmetauscherrohres und eines Wärmetauschers, insbesondere eines Ladeluftkühlers, der bzw. das sowohl kostengünstig herstellbar sein als auch eine gewisse Flexibilität zulassen soll. Die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich aus dem Kennzeichen des Anspruchs 1. Weil die beiden Längsränder die andere Breitseite nicht berühren, und weil ein Inneneinsatz in dem Wärmetauscherrohr angeordnet ist, der zumindest über die Verbindungsnaht der Längsränder hinweg durchgehend ausgebildet ist, stellen sich folgende Vorteile ein. Zunächst ist es möglich, einen einzigen in Querrichtung durchgehenden, wellenförmigen Inneneinsatz vorzusehen, da die Längsränder einen deutlichen Abstand von der anderen Breitseite besitzen. Ferner sorgen Inneneinsätze bekanntlich für Turbulenzen und für guten Wärmeübergang. Diesbezüglich kann durch das Vorsehen von in Reihen angeordneten, nach innen weisenden Vorsprüngen in den Breitseiten des Wärmetauscherrohres eine weitere Verbesserung erreicht werden. Darüber hinaus ist der Materialeinsatz für das Rohr minimiert worden. Für die Verbindung der beiden Längsränder reichen etwa 2–3 mm Tiefe bzw. Höhe der Längsränder völlig aus. Außerdem ergibt sich die Möglichkeit, beispielsweise für eine Baureihe von Wärmetauschern Wärmetauscherrohre kostengünstig zur Verfügung zu stellen, die beispielsweise einen Abstand von 10 mm zwischen den Breitseiten aufweisen können und andere Wärmetauscherrohre für eine andere Baureihe von Wärmetauschern, die flacher sind, beispielsweise nur 6 mm Abstand aufweisen sollen. Weil sich die abgebogenen Längsränder nur relativ gering in das Innere des Wärmetauscherrohres hinein erstrecken – bis ein Drittel oder weniger oder maximal bis etwa zur Hälfte des Abstandes zwischen den Breitseiten – kann die Bereitstellung flacherer Wärmetauscherrohre relativ einfach dadurch geschehen, dass die Wärmetauscherrohre entsprechend flacher gedrückt werden können. Dazu sind relativ geringe Änderungen der eingestellten Parameter an den bekannten Rohrherstellungsanlagen vorzunehmen. Möglicherweise muss ein zusätzliches Rollenpaar in die Anlage eingefügt werden. Die erwähnten Abmessungen sind typisch für Ladeluftkühler, die in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen sollen, weshalb der mit den beschriebenen erfindungsgemäßen Wärmetauscherrohren ausgerüstete Wärmetauscher vorzugsweise ein Ladeluftkühler sein soll, der aber auch beispielsweise als Heizer für Kraftfahrzeuge einsetzbar ist. Die Biegewinkel der beiden Längsränder betragen bevorzugt etwa 90°. Allgemein gesprochen, soll die Summe der beiden Winkel 180° betragen, also wenn einer der Winkel des einen Längsrandes in einem anderen Ausführungsbeispiel kleiner als 90° ist, wird der Winkel am anderen Längsrand der Ergänzungswinkel zu 180° sein. Weitere Abbiegungen sind an den Längsrändern nicht vorhanden.

Die Wärmetauscherrohre können nach bekannten Herstellungsverfahren, die auch für die vorne genannten Wärmetauscherrohre aus dem Stand der Technik zum Einsatz kommen, hergestellt werden. Dies geschieht auf mit Rollensätzen ausgerüsteten und bereits oben erwähnten Anlagen. Es wird endloses Bandmaterial eingesetzt, wobei die Herstellung der Wärmetauscherrohre mit extrem hoher Arbeitsgeschwindigkeiten abläuft. Die Blechdicke der Wärmetauscherrohre bzw. des entsprechenden Blechbandes liegt im Bereich von 0,08–1,0 mm. Die Inneneinsätze liegen in der Blechdicke noch deutlich unter den angegebenen Werten. Das Blechband besteht vorzugsweise aus geeigneten Aluminiumlegierungen, und es ist je nach Bedarf mit einer Lotbeschichtung ausgestattet, da Hartlöten als besonders bevorzugte Verbindungstechnik zur Anwendung kommt.

Die 1 zeigt eine schematisierte Ansicht auf das Ende des Wärmetauscherrohrs in einer ersten Ausführung und die 2 zeigt das Rohr in einer zweiten Ausführungsform. Die 3 bis 6 zeigen eine mögliche Weiterbildung des Rohres.
Solche Wärmetauscherrohre werden aus einem Blechband „endloser" Länge auf einer mit Rollensätzen versehenen Anlage hergestellt. Das Wärmetauscherrohr wird auf die benötigte Länge zugeschnitten. In die zugeschnittenen Wärmetauscherrohre wird dann der Inneneinsatz 20 eingeschoben. (nicht gezeigt) Der Inneneinsatz 20 füllt wenigstens nahezu den gesamten Rohrquerschnitt aus. In Längsrichtung können selbstverständlich mehrere Inneneinsätze 20 hintereinander angeordnet sein. Es wird beispielsweise von der benötigten Rohrlänge abhängen wie hier vorgegangen wird. Aus beispielsweise in dieser Art vorbereiteten Wärmetauscherrohren wird dann beispielsweise ein Ladeluftkühler hergestellt, indem nicht gezeigte Wellrippen abwechselnd mit den Rohren zu einem Block zusammengefügt werden, der mittels Löten verbunden wird. Möglich ist es jedoch auch, den Inneneinsatz 20 im Zuge der Rohrherstellung in das Wärmetauscherrohr einzufügen, sodass nach dem Längenzuschnitt das Wärmetauscherrohr zum Einsatz im Wärmetauscher bereit ist. Auch der Inneneinsatz 20 wird dabei innen mit dem Rohr verlötet, wodurch sowohl die notwendige Turbulenz aufrechterhalten bzw. erzeugt wird als auch die Innendruckfestigkeit des Rohres gewährleistet wird. In beiden Ausführungsbeispielen befindet sich die Verbindungsnaht 11 etwa in der Mitte der Breitseite B1. Sie könnte auch außerhalb der Mitte – jedoch immer noch in der Breitseite liegend – angeordnet sein. (Das Vorsehen der Verbindungsnaht in einer Schmalseite S gehört bereits zum Stand der Technik.) Die Verbindungsnaht 11 wird dadurch gebildet, dass die beiden Längsränder 10 des Blechstreifens, aus dem das Wärmetauscherrohr hergestellt wird, dort verbunden sind. Die 1 zeigt die wohl zu bevorzugende Ausbildung. Dort beträgt der Winkel α zwischen den Längsrändern 10 und der Breitseite B1 etwa 90°. In der 2 ist einer der Biegewinkel deutlich größer als 90° und der andere Winkel ist entsprechend kleiner als 90°, sodass die Winkelsumme 180° beträgt. Weil die Längsränder 10 sich nur geringfügig in das Innere des Wärmetauscherrohres erstrecken ist das bereits beschriebene Einführen des Inneneinsatzes 20 leicht möglich. Es handelt sich um einen wellenförmig verformten Inneneinsatz 20, wie er im Stand der Technik in äußerst zahlreichen Variationen vorhanden ist. Wichtig ist lediglich, dass der Inneneinsatz 20 so ausgebildet sein muss, dass er die beiden Längsränder 10 der Verbindungsnaht 11 zwischen zwei seiner Wellenberge bzw. in einem Wellental aufnimmt, damit er von einem Rohrende her eingeschoben werden kann. Die Längsränder 10 gestatten es auch, das Wärmetauscherrohr mit einem kleineren Abstand 30 zwischen den Breitseiten B1, B2 zu versehen. Durch das „Breitdrücken" mittels der Rollen der Anlage wird das Maß der Schmalseiten S des Rohres entsprechend verkleinert, wobei das Rohr selbstverständlich in seiner größeren Innenabmessung bzw. in den Breitseiten B1, B2 etwas vergrößert wird.
Um die Widerstandsfähigkeit des Wärmetauscherrohres im Bereich der Schmalseiten S zu verbessern, kann vorgesehen werden, einen oder beide Ränder 21 des Inneneinsatzes 20 so auszuformen, dass diese an der Schmalseite S anliegen und auch dort verlötet sind.
Die 3–6 zeigen eine andere Weiterbildung, die darin besteht, dass sich Reihen von Vorsprüngen 40 in Längsrichtung des Rohres erstrecken. Die 5 und 6 zeigen ein Stück des Rohres in perspektivischen Ansichten, aus denen die Reihen der Vorsprünge ersichtlich sind. Die Reihen sind so angeordnet, dass dadurch das Einfügen des Inneneinsatzes 20 nicht behindert wird. Sie erstrecken sich demnach jeweils zwischen zwei Wellenbergen bzw. Wellentälern des Inneneinsatzes 20. Die Vorsprünge 40 werden durch entsprechende Umformung in einer oder in beiden Breitseiten B1, B2 des Rohres (wie gezeigt) hergestellt. Die Vorsprünge 40 sorgen für die weitere Erhöhung der Turbulenz, beispielsweise in der Ladeluft. Die Form der Vorsprünge 40 ist freigestellt, solange durch sie das Einfügen des Inneneinsatzes 20 nicht behindert wird. Sie können durchaus etwas tiefer als in den Figuren gezeigt in das Innere des Rohres hineinragen.
Der Materialeinsatz für das Wärmetauscherrohr ist im Vergleich zum Stand der Technik geringfügig reduziert worden, was sich jedoch bei hohen Stückzahlen bereits bemerkbar machen wird.
Darüber hinaus lässt die vorgeschlagene Ausbildung des Wärmetauscherrohres deutlich größere Fertigungstoleranzen zu als die bekannte Lösung aus dem Stand der Technik, bei der sich die beiden Längsränder an der gegenüberliegenden Breitseite abstützen.
Das Wärmetauscherrohr ist vor allem als gelötetes Rohr von Interesse, da die Blechdicken stetig reduziert werden, wodurch geschweißte Rohre immer schwieriger herstellbar werden.

Claims

Flaches Wärmetauscherrohr, mit zwei Breitseiten (B1, B2) und zwei Schmalseiten (S), das aus einem einzigen Blechstreifen herstellbar ist, bei dem die Längsränder (10) des Blechstreifens, in einer Breitseite (B1) des Wärmetauscherrohres liegend, abgebogen sind, in das Innere des Wärmetauscherrohres ragen und miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die abgebogenen Längsränder (10) die andere Breitseite (B2) nicht berühren, und dass ein Inneneinsatz (20) in dem Wärmetauscherrohr angeordnet ist, der – in Querrichtung des Rohres gesehen – zumindest über die Verbindung (11) der Längsränder (10) hinweg durchgehend ausgebildet ist.
Wärmetauscherrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Biegewinkel beider Längsränder (10) 180° beträgt, wobei beide Längsränder (10) vorzugsweise um etwa 90° abgebogen sind.
Wärmetauscherrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Inneneinsatz (20) wellenartig ausgebildet ist und sich einteilig in Querrichtung über die Breitseiten (B1, B2) ausdehnt, wobei sich die Verbindung (11) der Längsränder (10) in einer der Wellen des Inneneinsatzes entlang erstreckt.
Wärmetauscherrohr nach den Ansprüchen 1, 2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die vorzugsweise etwa rechtwinklig abgebogenen Längsränder (10) bis etwa ein Drittel oder bis zur Hälfte des Abstandes (30) zwischen den Breitseiten (B1; B2) in das Innere des Wärmetauscherrohres erstrecken.
Wärmetauscherrohr nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Breitseiten etwa 5–12 mm beträgt.
Wärmetauscherrohr nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Inneneinsatz (20) an wenigstens einer der Schmalseiten (S) des Wärmetauscherrohres mit seinem Rand (21) anliegt.
Wärmetauscherrohr nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einer der Breitseiten (B1, B2) reihenweise angeordnete Vorsprünge (40) in das Innere des Rohres ragen.
Wärmetauscherrohr nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauscherrohr vorzugsweise aus Aluminiumblech herstellbar ist, wobei als Verbindungstechnik Lötverfahren zum Einsatz kommen.
Wärmetauscher, beispielsweise Ladeluftkühler oder Heizer für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher Wärmetauscherrohre aufweist, die gemäß einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet sind, und dass zwischen den Wärmetauscherrohren Wellrippen oder dergleichen angeordnet sind, wobei die Wellrippen mit den Wärmetauscherrohren und die Inneneinsätze (20) mit den Wärmetauscherrohren mittels Lötens verbunden sind.