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Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher.
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Ein Wärmetauscher, bestehend aus einem Kühlnetz mit Flachrohren und Lamellen, aus zwei gegenüberliegenden Rohrböden mit Öffnungen zur Aufnahme der Enden der Flachrohre, aus Sammelkästen, die an den Rohrböden befestigt sind und Anschlüsse für den Ein- und Austritt des durch die Flachrohre strömenden Mediums aufweisen, sowie aus U-förmigen Verstärkungen der Rohrböden, die aus einer Basis mit Schenkeln bestehen, die an der zum Kühlnetz weisenden Seite der Rohrböden zwischen den Reihen der Flachrohre angeordnet und mit den Rohrböden und den Längsseiten der Flachrohre verbunden sind, ist aus der
GB 622 421 A bekannt. Die Verstärkungen haben die Aufgabe, die Verbindung zwischen dem Rohrboden und den Enden der Flachrohre, die extremen Beanspruchungen unterliegt, dauerhafter zu gestalten. In dem genannten Dokument ist die Verstärkung als Platte, in der Art eines doppelten Rohrbodens, ausgebildet. Obwohl eine relativ große Kontakt – oder Verbindungsfläche zwischen der Verstärkungsplatte und den Längsseiten der einzelnen Flachrohre vorgesehen wurde, indem die Verstärkungsplatte mit U-förmigen Abkantungen versehen wurde, hat es sich herausgestellt, daß bei extremen Beanspruchungen wie Vibrateoner, Stoßbelastungen und Temperaturwechsel, nach wie vor Brüche an den Flachrohren auftreten, und zwar dort, wo sich der Übergang zwischen der Wandung der Flachrohre und dem Ende der U-förmigen Abkantungen befindet. Solche Brüche führen zum Totalschaden des Wärmetauschers und sollten vermieden werden.
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In der
JP 10-170 181 A wird ein Wärmetauscher beschrieben, dessen Rohre doppelwandig ausgebildet sind. Es ist ein erster Rohrboden vorgesehen und, um Undichtigkeiten zeitig zu signalisieren, ist im Abstand dazu ein zweiter Rohrboden vorhanden.
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In der
DE 30 13 317 A1 wird ein Verfahren zum Verstärken der Rohr/Kopfplatten-Verbindungen gezeigt und beschrieben, wobei zwei Platten unterschiedlicher Dicke verbunden werden. Diese Lösung weist Ähnlichkeiten mit der zuerst genannten Veröffentlichung auf, von der die vorliegende Erfindung ausgeht.
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In der
DE 40 31 577 A1 wird ein weiterer Wärmetauscher gezeigt und beschrieben, der im Abstand zum Rohrboden ein Platte besitzt, die als Abstützkamm bezeichnet wurde, und die dazu dient, die Widerstandsfähigkeit der Flachrohre gegenüber dem Innendruck zu verbessern. In dem Abstützkamm sind Öffnungen vorhanden, die die Flachrohrenden aufnehmen und gegen Aufblähen abstützen können.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Wärmetauscher mit höheren Festigkeitseigenschaften zu versehen.
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Die Lösung der Aufgabe ergibt sich mit einem Wärmetauscher, der sämtliche Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Es ist vorgesehen, dass die Wanddicke der zum Kühlnetz weisenden Schenkel der Verstärkungsprofile in Richtung auf das Kühlnetz abnimmt.
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In besonders bevorzugter Weise beträgt die Wanddicke der Schenkel am Ende etwa 0,8 bis 1,3 der Wanddicke der Flachrohre.
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Die Wanddicke der Flachrohre der Wärmetauscher der hier angesprochenen Art liegt etwa im Bereich von 0,15 bis 0,8 mm. Bei extrem geringen Wanddicken der Flachrohre liegt die Dicke der Enden der Schenkel eher an der oberen Grenze des angegebenen Bereiches und umgekehrt, bei größeren Wanddicken der Flachrohre an der unteren Grenze.
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Es hat sich in zahlreichen Versuchen erwiesen, daß bei so ausgebildeten Wärmetauschern die Festigkeit der Verbindung, hauptsächlich gegenüber mechanischer Beanspruchung, wesentlich erhöht worden ist. Der Grund dafür ist darin zu sehen, daß sich die Verstärkung in der Verbindung zwischen den flach auslaufenden Schenkeln und den Flachrohren sehr elastisch verhält. Abrupte Übergänge zu den Flachrohren werden konsequent vermieden, so dass die durch Kerbwirkung im Stand der Technik hervorgerufene geringere Belastungsfähigkeit ausgeschaltet wurde. In Vibrationstests wurde festgestellt, daß sich die Zahl der ertragbaren Schwingspiele im Vergleich zum Stand der Technik verdoppelt hat. Der durch die Verstärkungsprofile hervorgerufene zusätzliche Materialeinsatz kann durch Reduzierung der Wanddicke des Rohrbodens aufgehoben werden. Außerdem konnte durch die erfindungsgemäße Lösung die Reibkorrosion, die sich beim Stand der Technik am Übergang der Schenkel zu den Flachrohren ausbildet, wesentlich reduziert werden. Die Reibkorrosion hat ihre Ursachen in der durch Temperaturwechsel hervorgerufenen Zug-Druckspannungen infolge der behinderten Rohrdehnung, die beim Stand der Technik wegen der vorhandenen Dickenunterschiede zwischen Schenkel und Rohrwandung ein nicht zu vernachlässigender Faktor ist.
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In Weiterbildung der erfinderischen Lösung sind die Verstärkungsprofile mittels Strangpressverfahren hergestellt. Dieses Verfahren gestattet die kostengünstige Herstellung und lässt auch die Ausbildung des recht spitzwinkligen Auslaufs der Enden der Schenkel zu. Die Verstärkungsprofile können auf entsprechende Länge geschnitten und als Einzelteile zwischen den Reihen der Flachrohre eingesetzt werden. Es ist nicht erforderlich, sämtliche Rohrreihen des Wärmetauschers mit einzelnen Verstärkungsprofilen auszustatten, weil die Gefahr von Rohrbrüchen auf die am stärksten belasteten Rohrreihen an den Enden der Rohrböden beschränkt bleibt. Demzufolge ist es ausreichend, wenn nur zwischen wenigen äußeren Rohrreihen solche Verstärkungsprofile eingesetzt werden.
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Um die Zahl der Einzelteile zu reduzieren, ist alternativ vorgesehen, dass die Verstärkungsprofile zu kammartigen Gebilden zusammengefasst werden, wobei an einem Rohrboden zwei solche kammartigen Gebilde vorhanden sind. Je ein solches Gebilde wird von den gegenüberliegenden Längsseiten des Rohrbodens aus zwischen den Rohrreihen eingesetzt, wobei die kammartigen Gebilde vorzugsweise so ausgeführt sind, dass sie die Verstärkungsprofile für jede zweite Rohrreihe aufweisen, bzw. dass benachbarte Rohrreihen jeweils Verstärkungsprofile aufweisen, die zu gegenüberliegenden Gebilden gehören. Solche kammartigen Gebilde werden vorzugsweise mittels Fließpressverfahren hergestellt, das gleichfalls den spitzwinkligen Auslauf der Enden der Schenkel ermöglicht. Auch bei Einsatz von kammartigen Gebilden ist es möglich, diese nur für die äußeren Rohrreihen zu verwenden.
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Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen nachfolgend erläutert.
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Die 1 zeigt die Frontansicht des erfindungsgemäßen Wärmetauschers.
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Die 2 zeigt eine Ansicht auf den Rohrboden vom Kühlnetz aus gesehen. (ohne Wellrippen)
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Die 3 zeigt einen Schnitt durch 2
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Die 4 zeigt einen Vergrößerten Ausschnitt aus 3
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Die 5 zeigt die Einzelheit „x” aus 4.
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Obwohl die Wirkungen auch bei einem vollständig aus Aluminium bestehenden Wärmetauscher auftreten, ist der Wärmetauscher des Ausführungsbeispiels ein aus Buntmetall bestehender Wasserkühler 1 für Baumaschinen. Solche Wasserkühler 1 sind unter rauhen Einsatzbedingungen extremen Beanspruchungen, wie Schwingungen, Temperaturwechsel und Vibrationen oder Stoßbelastungen ausgesetzt. Sie bestehen wie gewöhnlich aus gegenüberliegenden Wasserkästen 2, 3 mit einem Eintritt 7 für die Kühlflüssigkeit an einem Wasserkasten 2 und einem Austritt 8 am anderen Wasserkasten 3. Die Wasserkästen 2, 3 sind mittels nicht dargestellter Schraubverbindung mit den Rohrböden 4 flüssigkeitsdicht verbunden. In den Rohrböden 4 sind Reihen von Öffnungen vorgesehen, die die Enden der Flachrohre 5 aufnehmen, um darin ebenfalls flüssigkeitsdicht verbunden zu sein. Somit kann die Kühlflüssigkeit bei 7 in den oberen Wasserkasten 2 einströmen, sich auf die Flachrohre 5 verteilen, zum gegenüberliegenden Wasserkasten 3 strömen, um bei 8 in den nicht dargestellten Kreislauf zurückzuströmen. Zwischen den Flachrohren 5 befinden sich Wellrippen 6 oder dergleichen, die mit den Flachrohren 5 das Kühlnetz K bilden, in dem der Wärmeaustausch mit Kühlluft stattfindet.
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Der in 1 obere und untere Rohrboden 4 ist mit einem kammartigen Gebilde versehen worden, von dem der Kammrücken 9 und die Verstärkungsprofile v zu erkennen sind, die zwischen den Flachrohrreihen R (2) angeordnet sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind an einem Rohrboden 4 jeweils zwei kammartige Gebilde für den gesamten Rohrboden 4 angeordnet und zwar so, dass der Kammrücken 9 des einen kammartigen Gebildes sich über den einen Längsrand des Rohrbodens 4 erstreckt und der Kammrücken 9 des anderen kammartigen Gebildes am gegenüberliegenden anderen Längsrand des Rohrbodens 4 zur Anlage kommt. Jede zweite Rohrreihe R nimmt ein Verstärkungsprofil v des einen kammartigen Gebildes auf. In den benachbarten Rohrreihen R befinden sich demzufolge Verstärkungsprofile v des jeweils anderen Gebildes. Die Gebilde werden zwischen den Rohrreihen R eingeklemmt und behalten ihre Position bis zum Abschluss des Lötprozesses bei, ohne dass zusätzliche Maßnahmen getroffen werden müssen. Das alles zeigt die 2. Jedes Verstärkungsprofil v ist mit seinen beiden Schenkeln s mit den Längsseiten des jeweils benachbarten Flachrohres 5 mittels Löten verbunden. Außerdem ist die dem Abstand B entsprechende Basis der Verstärkungsprofile v ebenfalls mit dem Rohrboden 4 verbunden, was am besten aus 4 entnommen werden kann. Selbstverständlich ist auch der Kammrücken 9 mit dem Rohrboden 4 verbunden, was aber keine Bedingung ist. Die Höhe h der Basis des Verstärkungsprofiles v soll vorzugsweise nicht mehr als 2 mm betragen, um die Elastizität des Versteifungsprofiles v zu erhalten. Im Ausführungsbeispiel nach 4 beträgt die Wanddicke d1 an der Basis 20% des Abstandes B zwischen den Flachrohren 5, gemessen vom Schnittpunkt der Verlängerung der Höhe h mit der Innenseite des Schenkels s. Um scharfe Übergänge im Basisbereich zu vermeiden, wurde eine parabelartige Ausformung vorgesehen. Die Wanddicke d1 nimmt bis zum Ende e der Schenkel s kontinuierlich ab und ist am Ende e im gezeigten Ausführungsbeispiel gleich der Wanddicke d2 der Flachrohre 5, die hier 0,2 mm beträgt. Die Schenkellänge l ist geringfügig größer als der Abstand B zwischen den Flachrohren 5. Günstig ist, wenn die Schenkellänge l zwischen 0,9 bis 1,2 mal Abstand B gewählt wird. Kürzere Schenkellängen l reduzieren die Elastizität und längere Schenkellängen l bringen im Verhältnis zum erforderlichen zusätzlichen Werkstoffeinsatz keine entsprechenden wirkungsmäßigen Vorteile.
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Aus dem Schnitt in 5, die eine nochmals vergrößerte Darstellung der Verbindung zwischen Schenkel s und Rohrwandung d2 zeigt, geht hervor, dass eine Lotschicht 10 zwischen dem Schenkel s und der Wandung d2 des Flachrohres 5 ausgebildet ist. Am Ende e des Schenkels s bildet sich eine Lotkehle 11 aus, die einen Beitrag zu den Festigkeitseigenschaften leistet, weil sie beide Ränder des Endes e einschließt. Es versteht sich, dass der Lötspalt 10 über der gesamten Verbindungsfläche zwischen Verstärkungsprofil v, der Rohrwandung d2 und dem Rohrboden 4 ausgebildet ist.
