DE19548495C2 - Wärmetauscherblock für Wärmetauscher für Kraftfahrzeuge und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher­ block für Wärmetauscher für Kraftfahrzeuge, insbeson­ dere für Heizungswärmetauscher und Motorkühler, mit gegenläufig zweiflutigen Flachrohren und den sonstigen Merkmalen von Anspruch 1. Ein derartiger Wärmetau­ scherblock ist aus der EP 0 632 245 A1 bekannt. Einen vergleichbaren Stand der Technik zeigt auch Patent Ab­ stracts of Japan, Vol. 16, No. 26 (M-1202), bezüglich der zugehörigen japanischen Patentanmeldung mit der Ver­ öffentlichungsnummer JP 3238165. Bei dem erstgenann­ ten bekannten Wärmetauscherblock, von dem die Erfin­ dung ausgeht, ist das jeweilige Flachrohr (vgl. Fig. 7) bereits durch Verbiegen bzw. gezieltes Zusammenfalten eines Blechteiles so geformt, daß bei diesem Verbiegen wird Zusammenfalten auch gleich eine Trennwand zwi­ schen den beiden benachbarten Fluten mit ausgebildet wird. Formtechnisch noch relativ schwierig ist dabei je­ doch die Gestaltung der Trennwand deswegen, weil sie in einem mittleren Bereich des Blechteiles ausgeformt wird.

Ein zweiter wesentlicher Gesichtspunkt bei der Her­ stellung des jeweiligen gegenläufig zwei flutigen Flach­ rohres ist der, daß in diesem auch noch eine Umlenkung der beiden gegenläufigen Fluten erfolgen soll, wozu bei Schaffung der Umlenkung noch im Flachrohr im Um­ lenkbereich die Trennwand mindestens teilweise entfal­ len muß. Bei dem bekannten Flachrohr, von dem die Erfindung ausgeht, ist dies durch eine entsprechende zentrale Ausstanzung des Blechteils möglich. In diesem bekannten Fall bleiben die Endbereiche der Blechteile ohne Aussparung. Alternativ könnte man die Umlen­ kung in einem Wasserkasten oder einem umlenkseitigen Verschluß vornehmen.

Ein Wärmetauscherblock mit zwei flutigen Flachroh­ ren, bei denen wie im Falle der EP-0 632 245 A1 eine Trennwand zwischen den beiden Fluten durch Biegen eines Blechs so gebildet wird, daß die Trennwand von einer mittleren Zone des gebogenen Blechs gebildet ist, ist auch aus der US-5 186 251 bekannt. Bei diesem Flachrohr sind jedoch die beiden Fluten parallel geführt, so daß sich ein Umlenkungsproblem der Fluten von vornherein gar nicht stellt.

Bei der zweitgenannten japanischen Flachrohrausbil­ dung ist die Trennwand des jeweiligen Flachrohres da­ durch gebildet, daß beide Endbereiche des Flachrohres aneinanderliegend zur Trennwand gebogen und mit ih­ ren freien Enden gegenläufig an die Innenseite der einen Flachrohrwand zur Anlage gebracht sind. Dies erfor­ dert zur Bildung einer umlenkenden Aussparung einen zweifachen Ausschnitt in beiden Endbereichen des Blechteils. Diese Bauweise stellt die Sicherheit der ge­ genseitigen Dichtung der beiden umgebogenen Endbe­ reiche des Blechteils in Frage, da im Umlenkbereich die gegenseitige Abstützung der Enden der Blechteile die bei der erstgenannten Ausführungsform auch im Um­ lenkbereich noch verbleibende Blechüberlappung ver­ liert.

Aus der DE 25 06 434 A1 sind schon Wärmetauscher­ blöcke mit flachen Wärmetauscherohren bekannt, ohne daß Bezug auf eine gegenläufig zweiflutig Verschaltung genommen ist. Die Flachrohre sind bereits aus dünnen flexiblen Metallstreifen so gebogen, daß sich zwei ent­ gegengesetzte freie Außenränder an einer Stufe der ei­ nen Breitseitenwand überlappen und eine Fortsetzung des innenliegenden Außenrands nach innen als recht­ winklige starre Stütze zur Abstützung an der Innenflä­ che der anderen Breitseitenwand abgebogen ist. Im Überlappungsbereich der Außenränder an der einen Breitseitenwand und gegebenenfalls auch im Anschluß­ bereich der starren Stütze an der anderen Breitseiten­ wand soll dabei jeweils eine Verschweißung vorgenom­ men werden, wobei durch die starren Abstützungen beim Verschweißungsvorgang der Querschnitt der Flachrohre gehalten werden soll.

Diese vorbekannte Konstruktion wird nach der DE 32 15 140 C1 dahingehend abgewandelt, daß statt einer starren Stütze die betreffende Stütze federnd ausgebil­ det und dementsprechend in Schräglage zwischen den beiden Breitseitenwänden angeordnet wird. Hierdurch soll sichergestellt werden, daß an der einen Breitseiten­ wand die sich überlappenden Außenränder des Blech­ streifens eng und dicht aneinander gehalten werden. Ei­ ne Verlötung der federnden Stütze mit der anderen Breitseitenwand ist nicht vorgesehen; vielmehr soll das freie Ende der abgebogenen freien Stütze an der Innen­ fläche dieser anderen Breitseitenwand federnd gleiten können. Darüber hinaus ist die federnde Abstützung dezentral angeordnet. Eine Anwendung auf Wärmetau­ scherblöcke mit gegenläufig zwei flutigen Flachrohren mit einwandfreier Abdichtung zwischen beiden Fluten scheidet daher aus. Darüber hinaus werden folgende Nachteile dieser bekannten Konstruktion an sich und im Hinblick auf den von der Erfindung in Betracht gezoge­ nen Gegenstand gesehen:

• 1. Eine federnde Stütze innerhalb eines Flachrohres vermag es nicht mehr, eine konstante Dicke des Flachrohres bei einem Zusammenspannen des Wärmetauschers für die Verlötung zu halten. Diese Ungenauigkeit würde sich noch verstärken, wenn man anders als bei dem Ausführungsbeispiel der DE 32 16 140 C1 die federnde Stütze mittig anord­ nen würde, wie es bei sehr vielen Ausführungsfor­ men von gegenläufig zweiflutigen Flachrohren der Fall ist.
• 2. Der Abstand zwischen den Breitseitenwänden eines Flachrohres ist sehr klein, so daß bei vorgege­ benem Toleranzausgleich die Federkraft durch die sehr kurze Länge der federnden Stütze sehr hoch wird. Diese Federkraft muß dabei genügend groß sein, um für die Einhaltung eines konstanten Ra­ stermaßes die auftretenden Toleranzen ausglei­ chen zu können. Bei einer Wandstärke gemäß dem Ausführungsbeispiel des vorbekannten Flachroh­ res von 0,4 mm Aluminiumblech - ein auch bei der Erfindung in Betracht gezogener Fall - liegt erfah­ rungsgemäß die lichte Weite zwischen den beiden Breitseitenwänden im Bereich von 1 bis 3 mm und die auftretende Toleranz immerhin im Bereich eini­ ger Zehntelmillimeter. Jedenfalls dann, wenn die Flachrohre mit dünnwandigen Lamellen verrippt sind, was bei dem erfindungsgemäßen Wärmetau­ scherblock mit Zickzacklamellen regelmäßig der Fall ist, wird man die Einspannkraft auf den sand­ wichartig vormontierten Motorblock zum Aus­ gleich der Toleranzen über die ihrerseits dünnwan­ digen Zickzacklamellen auf die federnden Stützele­ mente übertragen müssen, was zur Folge haben kann, daß die erforderlichen großen eingeprägten Kräfte der kurzen federnden Stützelemente die äu­ ßere Lamellenverrippung einbrechen, einknicken oder sonst deformieren.
• 3. Wenn aufgrund von Toleranzen der Herstellung im Überlappungsbereich der Außenränder des Blechstreifens die dort ausgebildete Stufe tiefer ist als die Materialstärke des Blechstreifens, kann die federnde Stütze die beiden einander überlappen­ den Außenränder des Blechstreifens nicht mehr zu­ sammendrücken, da der über die äußere Lamellen­ verrippung übertragene Anpreßdruck von der durch die federnde Stütze abgestützten Seite der einen Breitseitenwand aufgenommen wird und da­ her den im Überlappungsbereich außenliegenden Außenrand des Blechstreifens nicht mehr auf den Grund der Stufe zu drücken vermag.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bau­ weise von Wärmetauscherblöcken mit gegenläufig zwei flutigen Flachrohren aus gebogenen bzw. gefalteten Blechteilen konstruktiv und dabei auch in bezug auf die Verlötungsbedingungen zu verbessern.

Diese Aufgabe wird bei einem zwei flutigen Flach­ rohr mit den Merkmalen des Oberbegriffs von An­ spruch 1 durch dessen kennzeichnenden Merkmale ge­ löst.

Anders als die DE 32 16 140 C1 wandelt die Erfindung nicht die starre Stütze der DE 25 06 434 A1 in eine fe­ dernde Stütze ab, sondern behält die starre Stütze der DE 25 06 434 A1 bei und beschreitet einen anderen Weg zur Bewältigung der konstruktiven und montagemäßi­ gen Probleme.

Im Rahmen einer erfindungsgemäß in Betracht gezo­ genen Verlötung des Wärmetauscherblocks wird im er­ sten Kennzeichnungsmerkmal der Erfindung an die DE 25 06 434 A1 angelehnt, wobei jedoch anders als dort die starre Stütze als Trennwand gegenläufiger Flu­ ten eingesetzt wird, die vorzugsweise im Umlenkbe­ reich ausgeschnitten ist. Ein solcher Ausschnitt ist dann nicht mehr wie bei der EP-0 632 245 A1 rings vom Blechteil umgeben, sondern kann von einem Rand des Blechteils in dieses offen hineingearbeitet werden, so daß also nur noch sozusagen der Rand beschnitten zu werden braucht. Im Vergleich zu der zweitgenannten japanischen Konstruktion kommt man weiter mit einfa­ cher Blechstärke der Trennwand aus, was wiederum die erforderliche Länge des Querschnitts des Flachrohres auf ein Minimum begrenzt. Dadurch wird bereits die Konstruktionsweise wesentlich verbessert.

Die Anordnung einer toleranzausgleichenden Fede­ rung innerhalb der Breitseitenwand des jeweiligen Flachrohres vermeidet ferner alle genannten Nachteile des bekannten federnden Stützelementes. So bestehen überhaupt keine Probleme mehr darin, wenn man in üblicher Weise die Trennwand mittig im jeweiligen Flachrohr anordnet. Selbst dann ist der beschriebene Federbogen so langgestreckt, daß keine großen rück­ stellenden Federkräfte mehr erforderlich sind und somit die Rückstellkräfte problemlos von der dünnwandigen äußeren Lamellenverrippung aufgenommen werden können, ohne daß diese Gefahr leidet. Wenn gemäß üblicher Bauart die Trennwand im gegenläufig zweiflu­ tigen Flachrohr mittig angeordnet ist, kann sich der rückfederungsfähige ausgewölbte Bogen des zweiten Außenrandes von der Schmalseite des Flachrohres bis zu dessen Mitte und vorzugsweise bei anschließender überlappender Verlötung noch deutlich darüber hinaus erstrecken, so daß die Federlänge mindestens die Hälfte der Breite der Breitseitenwand und in den meisten Fäl­ len noch einer deutlich größeren Länge entspricht. Bei allen Toleranzen wird ferner eine einwandfreie Verpre­ ßung der Lötverbindungen an dem Überlappungsbe­ reich der beiden Außenränder des Blechstreifens selbst dann gewährleistet, wenn eine im Bereich der Überlap­ pung vorgesehene Stufe eine größere Tiefe als die Ma­ terialstärke des Blechstreifens hat. Schließlich wird auch eine die Verlötung sicherstellende Verpressung der starren Stütze mit der den Überlappungsbereich gegen­ überliegenden (ersten) Breitseitenwand gewährleistet.

Die Erfindung ist invariant demgegenüber formuliert, ob der Wärmetauscherblock erst für die Verlötung zu­ sammengestellt oder bereits verlötet ist. In bereits ver­ lötetem Zustand wird man im allgemeinen auch die fe­ dernden Vorspannungsverhältnisse vor der Verlötung durch Methoden der Werkstoffprüfung, nur beispiels­ weise durch Untersuchung von Materialschnitten, fest­ stellen können, solange nicht beim Lötvorgang eine vollständige Austemperierung der vorhergehenden Spannungsverhältnisse erfolgt ist. Aber selbst dann wird man bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscherblock deshalb, weil ja ein Toleranzausgleich zwischen ver­ schiedenen Flachrohren erfolgt, wenigstens an einem Flachrohr oder deren mehreren noch Reste der im un­ verlöteten Zustand vorhandenen federnden Vorspan­ nung als ausgebeulte Abweichungen gegenüber der im Idealfall erfolgten Flachpressung erkennen können. Dies ist besonderer Gegenstand von Anspruch 2.

Die Erfindung setzt ferner, ohne daß dies hier einer vertieften Erläuterung bedarf, für den Normalfall vor­ aus, daß die Verlötung dadurch erfolgt, daß das Blechteil 14 mindestens in den jeweiligen Lötverbindungsberei­ chen mit Lot vorbeschichtet ist, meist sogar ganzflächig auf der betreffenden Seite. Das schließt nicht aus, im Sonderfall zur Ausführung der Erfindung gesondert Lot anzubringen.

Die Erfindung findet insbesondere Anwendung mit Flachrohren, die aus Blechteilen mit einer Materialstär­ ke von 0,25 bis 0,5 mm gebildet sind.

Die beiden Lötverbindungen sind im jeweiligen Flachrohr des Wärmetauscherblocks im allgemeinen flächenhaft längs der einen und der anderen Breitseiten­ wand angeordnet. Die Ansprüche 4 und 5 zeigen hier zwei alternative und bei verschiedenen Flachrohren auch gemeinsam anwendbare Anordnungsmöglichkei­ ten einer starren Stütze, die in den beiden Fällen im Bereich ihrer Lötverbindung mit der ersten Breitseiten­ wand in der einen oder anderen Richtung noch fußartig abgeknickt ist.

Anspruch 6 knüpft im ersten Merkmal wieder an die zur Schaffung einer fluchtenden zweiten Breitseitenflä­ che übliche Überlappung in einer Stufe an dieser Breit­ seitenfläche an, wie dies auch schon bei der DE-OS 25 06 434 verwirklicht ist. Im zwei­ ten Kennzeichnungsmerkmal wird dann für den Vor­ gang des Zusammenspannens des noch nicht verlöteten Wärmetauscherblocks eine definierte Anlagelinie in je­ dem Flachrohr geschaffen, von der gemäß der bevor­ zugten Weiterbildung nach Anspruch 7 nach außen hin ein Lötspalt ausgehen kann. Statt dessen könnte man auch über Rillen, Warzen u. dgl. eine Strukturierung der Oberfläche im äußeren Anschlußbereich an die linien­ förmige unmittelbare Abstützung vorsehen, um in Ver­ bindung mit der bereits erfolgten Vorbeschichtung mit Lot Flußmittel für die Verlötung durch extra geschaffe­ ne Öffnungen oder durch einen freien Spalt am freien Ende der Überlappungszone einbringen zu können.

Die Besonderheit nach Anspruch 8 ist sowohl auf die zuletzt allgemein besprochenen Möglichkeiten als auch speziell auf die des Anspruchs 7 bezogen, mit dem Ziel, eine Lotanhäufung während des Verlötens in dem be­ treffenden Spalt zu vermeiden, welche zu einem Durch­ legieren durch die Wandung des Flachrohres während des Lötvorgangs bei ungünstigen Umständen führen könnte. Anspruch 10 zeigt schließlich eine in Kombina­ tion damit oder auch selbständig mögliche Besonderheit der Anordnung des zweiten Außenrandes in den Be­ reich, wo dieser direkt in einen Wasserkasten oder in einen umleitseitigen Verschluß, wie etwa eine Umleitta­ sche, hineinragt. Don soll der in Anspruch 8 angespro­ chene Abstand oder ein anderer vergleichbarer Ab­ stand vermieden werden, um eine sichere Abdichtung des Flachrohres gegen den Wasserkasten oder den er­ wähnten umlenkseitigen Verschluß sicherzustellen. An­ spruch 10 stellt dabei eine flächenhafte Abdichtung si­ cher.

Auch bei den relativ dünnen Blechteilen, für welche die Erfindung vor allem bestimmt ist, soll im Rahmen der Erfindung allgemein der erste Außenrand des Blech­ teils eine starre Stütze bilden. In Übereinstimmung mit der DE-OS 25 06 434 und in grundsätzlicher Abwei­ chung von der DE-32 16 140 C1 sieht Anspruch 9 hier eine optimierende Orientierung vor. Alternativ oder auch in Übereinstimmung mit Anspruch 11 kann man die Starrheit auch durch eine Profilierung oder Prägung erhalten. Starrheit ist dabei nie als allgemeiner Begriff zu verstehen, sondern nur so, daß im Rahmen des Zu­ sammenspannens des noch losen Wärmetauscherblocks zum zu verlötenden Block im Gegensatz zur DE 32 16 140 C1 eine konstant bleibende und nicht fe­ dernd nachgiebige Abstützung erreicht wird.

Wenn die rückfederungsfähige Aufwölbung der zwei­ ten Breitseitenwand im Sinne der Erfindung bei allen Flachrohren des Wärmetauscherblocks vor dessen Ver­ lötung und im noch nicht zusammengepreßten Zustand im selben Bereich des Wärmetauscherblocks, also je­ weils eingangsseitig oder jeweils ausgangsseitig in be­ zug auf die spätere Luftführung der Umgebungsluft an­ geordnet ist, kommt es zu einer einseitigen fächerarti­ gen Aufspreizung des noch unverlöteten und uneinge­ spannten Wärmetauscherblocks, die manchmal Monta­ geschwierigkeiten machen kann.

Eine einfache Möglichkeit zur Kompensierung dieses Effekts zeigt Anspruch 12.

Eine weitere Möglichkeit, die alternativ oder in Ver­ bindung mit Anspruch 12 vorgesehen sein kann, zeigt Anspruch 13, wo auch der erste Außenrand des Blech­ streifens in den federnden Toleranzausgleich mit einbe­ zogen wird und somit die ganze Breite des noch nicht zusammengepreßten und verlöteten Flachrohres. In be­ zug auf die Erkennbarkeit dieser Maßnahme im bereits verlöteten Wärmetauscherblock gilt dasselbe, was zu­ vor diesbezüglich bei der Erörterung von Anspruch 1 gesagt ist. Vorzugsweise gilt hier analog Anspruch 14, der insoweit Anspruch 2 entspricht.

Die Erfindung bezieht sich nicht nur auf den Wärme­ tauscherblock selbst, sondern auch noch auf ein bevor­ zugtes Herstellungsverfahren desselben. Dies ist Ge­ genstand von Anspruch 15 mit der bevorzugten Weiter­ bildung gemäß Anspruch 16.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schemati­ scher Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Wärmetau­ scher im Bereich eines der Flachrohre unter besonderer Darstellung des Wärmetauscherblocks;

Fig. 2 und 2a einen Querschnitt durch zwei alternati­ ve Ausführungsformen des Flachrohres;

Fig. 3 und 3a einen vergrößerten Detailschnitt durch ein Flachrohr im Bereich der Verrippung des Flachroh­ res durch die Zickzacklamellen (Fig. 3) bzw. im An­ schlußbereich an einen Wasserkasten oder einen um­ lenkseitigen Verschluß (Fig. 3a);

Fig. 4 eine mögliche Blechabwicklung eines Flachroh­ res;

Fig. 5 einen Querschnitt durch einen in einer Lötvor­ richtung eingespannten, noch nicht verlöteten Wärme­ tauscherblock und

Fig. 6 Einen Querschnitt durch ein Flachrohr mit ge­ genüber Fig. 2a alternativer Ausbildung der Ausspa­ rung der Trennwand.

Der schon in einen Wärmetauscher nach Fig. 1 einbe­ zogene Wärmetauscherblock 3 weist eine Reihe paral­ leler und ihrerseits gegenläufig zweiflutiger Flachrohre 2 auf, deren parallele Breitseitenwände sich gegenüber liegen und zwischen sich in nicht dargestellterweise Zickzacklamellen 7 einschachteln. Die Zickzacklamellen 7 und die Flachrohre 2 sind miteinander zu dem Wärme­ tauscherblock 3 im fertigen Wärmetauscher durch ebenfalls nicht dargestelltes Aluminiumhartlot verlötet. Die Wandstärke der Flachrohre 2 beträgt in der Praxis insbesondere 0,2 bis 0,6 mm. An die in gleicher Höhe angeordneten einen Enden der Flachrohre 2 ist ein Was­ serkasten 9 angeschlossen. Die Trennwand 26 teilt den Wasserkasten 9 in eine eingangsseitige und in eine aus­ gangsseitige Flut, an die der Eintritt 30 und der Austritt 32 angeschlossen sind.

Die anderen Enden der Flachrohre 2 werden mit ei­ nem umlenkseitigen Rohrendenverschluß 34 flüssig­ keitsdicht verschlossen. Das Flachrohr 2 ist durch eine Trennwand 4 ebenfalls in zwei gegenläufige Fluten 6a und 6b aufgeteilt, die im Umlenkbereich durch eine Aus­ sparung 8 der Trennwand 4 miteinander kommunizie­ ren.

Zur Verbesserung der Wärmeübertragung sind in beide Fluten 6a, 6b des Flachrohres 2 Noppen 11 einge­ prägt, die sich gemäß Fig. 2 zur Erhöhung der Druckfe­ stigkeit gegeneinander abstützen und beim gemeinsa­ men Lötvorgang gegeneinander verlötet werden.

Die Trennwand 4 des Flachrohres 2 ist gemäß Fig. 2 durch Umbiegen nur eines ersten Außenrandes 12 des Blechteils 14 geformt. Dabei kann der die Aussparung 8 der Trennwand 4 bildende Ausschnitt 10 gemäß Fig. 4 bereits vor dem Umbiegen des Blechteils 14 vorgebildet sein.

Der Ausschnitt 10 ist dabei gemäß Fig. 2 so groß gewählt, daß zum einen ein ausreichend großer Über­ lappungsbereich 16 entsteht und zum anderen eine Ver­ bindung der gegenläufigen Fluten 6a und 6b mit mög­ lichst geringem Druckverlust erreicht wird. Gemäß Fig. 2 wird der zur Trennwand 4 umgebogene erste Au­ ßenrand 12 zunächst innerhalb des Flachrohres 2 in An­ lage an den anderen zweiten Außenrand 12a gebracht und in einem Lötvorgang zusammen mit dem ganzen Wärmetauscher oder wenigstens Wärmetauscherblock 3 verlötet.

Weiterhin werden im Bereich der Trennwand 4 das freie Ende 22 des zur Trennwand 4 umgebogenen ersten Außenrandes 12 in Anlage an die Innenseite der ersten Breitseitenwand 5a des Flachrohres 2 gebracht und beim gemeinsamen Lötvorgang verlötet.

In Fig. 2 hat dabei der zur Trennwand 4 umgebogene erste Außenrand 12 in den beiden die Lötverbindungen 24a und 24b ergebenden Anlagebereichen an den ge­ genüberliegenden Außenwänden 5a und 5b eine gegen­ läufige Orientierung, während in Fig. 2a eine gleiche Orientierung vorhanden ist.

Durch die gleiche Orientierung des zur Trennwand 4 umgebogenen Außenrandes 12 in den beiden Anlagebe­ reichen an den gegenüberliegenden Außenwänden 5a und 5b gemäß Fig. 2a ist eine einfachere Herstellbarkeit gegeben, bei der der zur Trennwand 4 umgebogene erste Außenrand 12 durch einen Herstellvorgang mit­ tels Rollen oder Prägen gefertigt werden kann.

Durch einen Winkel von ungefähr 90° zwischen der Trennwand 4 und den Breitseitenwänden 5a und 5b dient die Trennwand 4 als starre Stütze, die die Rohrdic­ ke quer zur Luftrichtung auch beim Lötvorgang kon­ stant hält und somit für ein konstantes Teilungsmaß zwischen den einzelnen Flachrohren 2 im Wärmetau­ scherblock 3 führt. Um eine geradlinige Anlage der Zickzacklamellen 7 an der zweiten Breitseitenwand 5b zu ermöglichen, die für eine einfache Form der Zick­ zacklamellenanlagefläche erforderlich ist, liegt der zweite Außenrand 12a im Überlappungsbereich 16 an einer zurückgesetzten Stufe 36 an, die im ersten Außen­ rand 12 der zweiten Breitseitenwand 5b eingeprägt ist. Um die bereits erwähnte geradlinige Anlage der Zick­ zacklamellen zu erhalten, ist die Stufe 36 um eine Mate­ rialstärke gegenüber der Breitseitenwand 5b zurückge­ setzt. In Fig. 2 sowie in Fig. 2a ist das Flachrohr 2 als Einzelteil im noch unverlöteten Zustand dargestellt. In diesem Zustand ist der zweite Außenrand 12a des Blech­ teils 14 über die Außenkontur des verlöteten Flachroh­ res 2 als nach außen aufgewölbtes federndes Element ausgebildet. Wird das Flachrohr 2 in einem Spannrah­ men 50 vor dem Lötvorgang zusammen mit den sand­ wichartig eingeschachtelten Zickzacklamellen 7 auf eine konstante Rohrteilung verpreßt, so wird der Teil der zweiten Breitseitenwand 5b, der zwischen dem zweiten Außenrand 12a und der Schmalseite des Rohres 2 liegt und der im unverpreßten Zustand als aufgewölbtes fe­ derndes Element ausgebildet ist max. bis zum parallelen Verlauf mit der ersten Breitseitenwand 5a eingedrückt.

In diesem verpreßten Zustand liegen dann die Spitzen der Noppen 111 der ersten Breitseitenwand 5a an den Spitzen der Noppen der zweiten Breitseitenwand 5b an, so daß eine Verlötung erfolgen kann. Durch den von den Lamellen auf das aufgewölbte federnde Element ausge­ übten Druck wird der zweite Außenrand 12a auf die Stufe 36 im ersten Außenrand 12 und somit auf die als starre Stütze ausgebildete Trennwand 4 weitergegeben, so daß beide zu verlötende Blechteile 14 in der unterer als auch in der oberen Lötstelle 24a, 24b sicher unter Verpressung zumindest linienförmig aneinander anlie­ gen. In Fig. 2 ist lediglich der linke Teil 40 der zweiten Breitseitenwand 5b als aufgewölbtes federndes Element ausgebildet während der rechte Teil 42 der zweiten Breitseitenwand 5b parallel zur ersten Breitseitenwand 5a verläuft und damit keine Federwirkung zeigt. Aus diesem Grund sind auch die Noppen 11 in Fig. 2 in diesem Bereich bereits im unverlöteten Zustand zwi­ schen der ersten und zweiten Breitseitenwand 5a und 5b in Anlage. In Fig. 2a ist sowohl die linke als auch die rechte Hälfte 40, 42 der Breitseitenwand 5b als nach außen aufgewölbtes federndes Element ausgebildet. Dadurch wird einerseits der Anlagedruck des ersten Außenrandes 12 an der Innenfläche der ersten Breitsei­ tenwand 5a größer als im Ausführungsbeispiel gem. Fig. 2 und zweitens zeigt der lose zusammengefügte Wärmetauscherblock 3 im unverpreßten Zustand keine auffächernde Wirkung, die bei einem Flachrohr gem. Fig. 2, bei dem nur die linke Hälfte 40 der Breitseiten­ wand 5b aufgewölbt ist vorhanden ist. Durch die als starre Stütze ausgebildete Trennwand einerseits und die aufgewölbten linken bzw. rechten Hälften 40, 42 der Breitseitenwand 5b andererseits wird während des Löt­ vorgangs immer eine sichere Anlage der beiden zu ver­ lötenden Blechteile in den Lötstellen 24a und 24b er­ reicht, auch wenn, wie in Fig. 2a dargestellt, keine Nop­ pen 11 vorhanden sind.

Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Detailschnitt durch das Flachrohr 2 im Bereich der Aussparung 8 im verlö­ teten Zustand, jedoch ohne Darstellung der an die Breit­ seitenwände 5a und 5b angelöteten Zickzacklamellen 7. Um eine weitere Erhöhung der Prozeßsicherheit der Verlötung zu erreichen, ist die Stufe 36 so ausgebildet, daß der zweite Außenrand 12a linienförmig an den Übergang der Stufe 36 in die Trennwand 4 anliegt und ausgehend von der linienförmigen Anlage im Bereich der Überlappungszone 16 zwischen der Stufe 36 und dem zweiten Außenrand 12a ein vorzugsweise keilför­ mig öffnender Lötspalt 44 vorhanden ist. Der Lötspalt dient im unverlöteten Zustand als Speicher für ein von außen und/oder innen zugeführtes Flußmittel.

Im Bereich der Verrippung mit Zickzacklamellen 7 hat der zweite Außenrand 12a des Blechteils 14 einen Abstand in Richtung der Breitseitenwand von mehr als einer halben Wandstärke zum Übergang von der Stufe 36 des ersten Außenrandes 12 in die rechte Hälfte 42 der Breitseitenwand Sb.

Durch den relativ großen Zwischenraum 46 wird ein kapillares Ansaugen von Lotmaterial z. B. vom Rohrbo­ den verhindert, so daß auch bei ungünstigen Lötbedin­ gungen keine Durchlegierung des Grundmaterials in diesem Bereich auftreten kann, da kein übermäßiges lokales Lotangebot vorhanden ist.

Fig. 3a zeigt einen vergrößerten Detailschnitt durch ein Flachrohr 2 im Bereich des Rohrbodens im Wasser­ kasten 9 bzw. im Bereich des umlenkseitigen Verschlus­ ses 34. In diesen Zonen ist es wichtig, daß das in einen Kragen im Rohrboden eingesteckte Flachrohr 2 umlau­ fend linienförmig am Kragen anliegt, so daß eine ein­ wandfreie Lötverbindung entsteht. Dies wird dadurch erreicht, daß in diesen Bereichen ein zusätzlicher ab­ dichtender Verlängerungssteg 48 am Ende des zweiten Außenrandes 12a angebracht ist, der bis an den Über­ gang der rechten Hälfte 42 der Breitseitenwand 5b an die Stufe 36 heranreicht. Der Abstand zwischen dem abdichtenden Verlängerungssteg 48 und dem Übergang der Stufe 36 in die rechte Hälfte 42 der Breitseitenwand 5b muß, um eine einwandfreie Lötung zu erreichen, klei­ ner als 0,2 mm sein. Aus diesen Gründen ist es sinnvoll, die freie Kante des zweiten Außenrandes 12a komple­ mentär zur Neigung des beschriebenen Übergangs von der Stufe 36 in die rechte Hälfte 42 der Breitseitenwand auszubilden.

In Fig. 4 ist der Ausschnitt 10, der für die Aussparung 3 der Trennwand 4 vorgesehen ist, bereits in der Platine vorgebildet bevor der erste Außenrand 12 zur Trenn­ wand 4 geformt wird. Alternativ hierzu ist auch denkbar, daß der Ausschnitt 10 auch nach dem Ausprägen der erforderlichen Biegungen für die Trennwand 4 sowie die Stufe 36 gestanzt wird. Dies bedeutet, daß zunächst ent­ sprechend den Biegelinien 15 die Trennwand 4 sowie die Stufe 36 am ersten Außenrand 12 angeformt wird, bevor die Ausstanzung 10 erfolgt. Zur Abstützung der beiden Breitseitenwände 5a und 5b des Flachrohres 2 kann im Bereich des Rohrendenverschlusses 34 der die Trenn­ wand 4 bildende Außenrand 12 verbleiben.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch einen zwischen zwei Spannbacken 50 eingespannten Wärmetauscherblock 3 vor dem Lötvorgang. Um eine sichere linienförmige Verlötung der Zickzacklamellen 7 mit der Breitseiten­ wand 5 der Flachrohre zu erhalten, wird das lose gefüg­ te Lamellenpaket bestehend aus Flachrohren 2 und sandwichartig eingeschachtelten Zickzacklamellen 7 durch die Spannbacken 50 auf ein konstantes Teilungs­ maß zwischen den Flachrohren 2 gespannt.

Die Toleranzen, die in Spannrichtung sowohl bei den Zickzacklamellen 7 als auch bei der Dicke der Flachroh­ re 2 auftreten, werden dabei durch die nach außen auf­ gewölbte Kontur der linken und/oder rechten Hälfte 40, 42 der Breitseitenwand 5b des Flachrohres aufgenom­ men.

In Fig. 5 sind nur Flachrohre 2 dargestellt, deren linke Hälfte 40 der Breitseitenwand 5b als ein nach außen aufgewölbtes federndes Element ausgebildet ist, wäh­ rend die rechte Hälfte 42 ohne Auswölbung bezeichnet ist.

Fig. 5 zeigt dabei den Toleranzfall, bei dem die La­ mellenhöhe 7 und die Dicke der Flachrohre 2 ein Mini­ malmaß annehmen.

Dies zeigt sich in Fig. 5 dadurch, daß auf der linken Hälfte 40 der Breitseitenwand 5b noch ein Auswöl­ bungsrest 52 vorhanden ist.

Der Auswölbungsrest 52 ist im Praxisfall in der Mitte zwischen den Spannbacken 50 größer und ist im Bereich der äußeren Rohre, die direkt an den Spannbacken 50 anliegen können, durch die dort auftretenden höheren Kräfte nahezu null. Durch die herstellungsbedingten Toleranzen in der Dicke der Flachrohre sowie in der Höhe der Lamellen 7 liegt der zur Aufnahme der Tole­ ranzen erforderliche verbleibende Auswölbungsrest 52 bei weniger als 0,2 mm. so daß die Lamelle 7 über den gesamten Bereich der Breitseitenwand 5b am Flachrohr 2 anliegt, da Abstände von 0,2 mm zwischen der Lamelle 7 und der zweiten Breitseitenwand 5b, die im Bereich der rechten Hälfte 42 der Breitseitenwand 5b vorhan­ den sind durch für das Löten erforderliches Flußmittel überbrückt werden. Fig. 5 zeigt auch, daß selbst bei grö­ ßeren Toleranzen in der Einprägungstiefe der Stufe 36 immer eine sichere Anlage zwischen dem zweiten Au­ ßenrand 12a und der Stufe 36 sowie zwischen dem er­ sten Außenrand 12 und der Innenfläche der ersten Breit­ seitenwand 5a durch die auf das federnde Element aus­ geübte Kraft erzielt wird.

Um insbesondere bei Herstellung des Flachrohres 2 mittels "Rollen" auf den die Aussparung 8 der Trenn­ wand 4 bildenden Ausschnitt 10 verzichten zu können, ist gemäß Fig. 6 die Trennwand 4 im Bereich der Aus­ sparung 8 so aufgebogen, daß das freie Ende 22 des ersten Außenrandes 12 parallel an der Innenfläche der zweiten Breitseitenwand 5b anliegt, so daß die gegen­ läufigen Fluten 6a und 6b bis auf die Blechstärke des freien Endes 22 ungedrosselt miteinander kommunizie­ ren. Um ein Einfallen des Flachrohres 2 beim Einpressen z. B. in eine als Rohrendenverschluß 34 dienende Ein­ stecktasche zu vermeiden, ist im Bereich der Einsteck­ tiefe in der Umlenktasche die Trennwand 4 nicht aufge­ bogen.

Bezugszeichenliste

2

Flachrohr

3

Wärmetauscherblock

4

Trennwand

5

Breitseitenwände

5

a erste Breitseitenwand

5

b zweite Breitseitenwand

6

a

6

b gegenläufige Fluten

7

Zickzacklamellen

8

Aussparung

9

Wasserkasten

10

Ausschnitt

11

Noppen

12

erste Außenrand (Trennwandseite)

12

a zweite andere Außenrand

14

Blechteil

15

Biegelinien

16

Überlappungsbereich

18

Führungsrillen

21

Flußmittel

22

freies Ende des Flachrohres

24

a untere Lötstelle

24

b obere Lötstelle Wand

26

Trennwand WAKA

28

Stirnseiten des Flachrohres

30

Eintritt

32

Austritt

34

Rohrendenverschluß

36

Stufe im ersten Außenrand

38

Spannrahmen

40

linke Hälfte der Breitseitenwand

42

rechte Hälfte der Breitseitenwand

44

Lötspalt

46

Zwischenraum

48

abdichtender Verlängerungssteg

50

Spannbacken

52

Auswölbungsrest.

Claims (17)

1. Wärmetauscherblock (3) für Wärmetauscher für Kraft­ fahrzeuge, insbesondere für Heizungswärmetauscher oder Motor­ kühler und insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumle­ gierung, mit einem Paket mit breitseitenparallelen Flachroh­ ren (2) und zwischen den Außenflächen von deren beiden Breit­ seitenwänden (5a, 5b) und gegebenenfalls auch außenseitig sandwichartig geschachtelten Zickzacklamellen (7), die unter­ einander verlötet werden, wobei das jeweilige Flachrohr (2) mit einer Trennwand (4) versehen ist, welche im Flachrohr (2) die beiden benachbarten gegenläufigen Fluten (6a, 6b) vonein­ ander trennt und durch Verbiegen eines das Flachrohr (2) bil­ denden Blechteils (14) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß im jeweiligen Flachrohr (2) die Trennwand (4) durch Umbiegen nur eines ersten Außenrandes (12) des Blech­ teils (14) als starre Stütze geformt ist, die zwischen der Innenfläche der ersten Breitseitenwand (5a) des Flachrohres (2), welche von einem mittleren Bereich des Blechteils (14) gebildet ist, und der Innenfläche des anderen zweiten Außen­ randes (12a) des Blechteils (14), welcher von der einen Schmalseite des Flachrohres an der zweiten Breitseitenwand (5b) des Flachrohres (2) mindestens bis über die Trennwand (4) ragt, jeweils eine Lötverbindung (24a, 24b) bildet, wobei der erste Außenrand (12) eine in der Größenordnung der Wand­ stärke des Blechteils (14) nach innen zurückgesetzte Stufe (36) gegenüber der zweiten Breitseitenwand (5b) bildet, wel­ che von dem zweiten Außenrand (12a) überlappt ist, und die eine Lötverbindung (24b) innerhalb der zurückgesetzten Stufe (36) angeordnet ist, und
daß bei dieser innerhalb der Stufe (36) angeordne­ ten Lötverbindung (24b) im verlöteten Zustand der zweite Au­ ßenrand (12a) des Blechteils (14) des jeweiligen Flachrohres (2) linienförmig an dem Übergang der Stufe (36) in die Trenn­ wand (4) anliegt.

2. Wärmetauscherblock (3) nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei dem jeweiligen Flachrohr (2) ausgehend von der linienförmigen Anlage in der Überlappungszone (16) an der Stufe (36) zwischen dem ersten und dem zweiten Außenrand (12, 12a) ein, sich vorzugsweise keilförmig öffnender, Lötspalt (44) ausgebildet ist.

3. Wärmetauscherblock (3) nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß im Anschlußbereich der Flachrohre (2) an die Zickzacklamellen (7) der zweite Außenrand (12a) des Blechteils (14) mit Abstand von mehr als einer halben Stärke des Blechteils vom Übergang der zweiten Breitseiten­ wand (5b) in die Stufe (36) endet.

4. Wärmetauscherblock (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschlußbereich der Flachrohre (2) an den Rohrboden eines Wasserkastens (9) und/oder an ei­ nen umlenkseitigen Verschluß (34) der zweite Außenrand (12a) mit einem abdichtenden Verlängerungssteg (48) bis an den Übergang der zweiten Breitseitenwand (5b) in die Stufe (36) heranreicht.

5. Wärmetauscherblock (3) nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die freie Kante des zweiten Außenrands (12a) komplementär zur Neigung des Übergangs geformt ist.

6. Wärmetauscherblock (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Außenrand (12a) des Blechteils (4) im noch unverlöteten Zustand als über die Außenkontur des verlöteten Flachrohres (2) nach außen aufge­ wölbtes federndes Element ausgebildet ist, welches im verlö­ teten Zustand gegen die als Trennwand (4) dienende starre Stütze gespannt ist und diese gegen die Innenfläche der er­ sten Breitseitenwand (5a) preßt.

7. Wärmetauscherblock (3) nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im verlöteten Zustand bei mindestens einem Flachrohr (2) im Rahmen des Toleranzausgleichs noch ein zwei­ ter Außenrand (12) des Blechteils (14) mit einem Auswölbungs­ rest (52) seiner Vorspannung ausgebildet ist.

8. Wärmetauscherblock (3) nach einem der Ansprüche 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens einem Flachrohr (2) der erste Außenrand (12) des Blechteils (14) im Bereich der beiden Lötverbindungen (24a, 24b) mit den Breit­ seitenwänden (5) des Flachrohres (2) gegenläufige Orientie­ rung hat.

9. Wärmetauscherblock (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens einem Flachrohr (2) der erste Außenrand (12) des Blechteils (14) im Bereich der beiden Lötverbindungen (24a, 24b) mit den Breit­ seitenwänden (5) des Flachrohres (2) gleichsinnige Orientie­ rung hat.

10. Wärmetauscherblock (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit zweiflutig durchströmten Flachrohren (2), dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (4) im Bereich der Umlen­ kung der Fluten mit einer Aussparung (8) versehen ist, die durch einen Ausschnitt (10) des Blechteils (14) gebildet ist.

11. Wärmetauscherblock (3) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Anordnungsbereich der Aussparung (8) der Trennwand (4) der erste Außenrand (12) des Blechteils (14) ausschnittfrei ausgebildet ist und mindestens teilweise in der Ebene verbleibt, in welcher das Blechteil (14) zu­ nächst an dem die zweite Breitseitenwand (5b) des Flachrohres (2) bildenden zweite Außenrand (12a) des Blechteils (14) an­ liegt.

12. Wärmetauscherblock (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (4) recht­ winkelig zu den beiden Breitseitenwänden (5) des jeweiligen Flachrohres (2) orientiert ist.

13. Wärmetauscherblock (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Außenränder (12a) des Blechteils (14) bei den jeweiligen Flachrohren (2) unter Wechsel, vorzugsweise abwechselnd, einlaßseitig und ausgangsseitig in Bezug auf den Wärmetauscherblock (3) an­ strömende Umgebungsluft angeordnet sind.

14. Wärmetauscherblock (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß auch der an den ersten Außenrand (12) anschließende Bereich (42) des Blechteils (14), der zur Bildung der zweiten Breitseitenwand (5b) bei­ trägt, als über die Außenkontur des verlöteten Flachrohres (2) nach außen aufgewölbtes federndes Element ausgebildet ist, welches im unverlöteten Zustand die starre Stütze gegen die Innenfläche der ersten Breitseitenwand (5a) preßt.

15. Wärmetauscherblock (3) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß im verlöteten Zustand bei mindestens ei­ nem Flachrohr (2) im Rahmen des Toleranzausgleichs noch ein an den ersten Außenrand (12) anschließender Bereich des Blechteils (14), der zur Bildung der zweiten Breitseitenwand (5b) beiträgt, mit einem Auswölbungsrest (52) seiner Vorspan­ nung ausgebildet ist.

16. Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauscherblocks (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeich­ net, daß der Wärmetauscherblock (3) vor dem Löten auf ein fe­ stes Teilungsmaß der Parallelanordnung der Flachrohre (2) zu­ sammengedrückt und in diesem Zustand verlötet wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der die Aussparung (8) der Trennwand (4) des jeweiligen Flachrohres (2) bildende Ausschnitt (10) des Blechteils (14) vor dem Umbiegen des Blechteils (14) oder während des Umbie­ gens zur Formung der Trennwand (4) vorgebildet wird.