DE102008051422A1

DE102008051422A1 - Ganz-Metall-Wärmetauscher und Verfahren

Info

Publication number: DE102008051422A1
Application number: DE102008051422A
Authority: DE
Inventors: Helmut Roll
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2008-10-11
Filing date: 2008-10-11
Publication date: 2010-04-15

Abstract

Ganz-Metall-Wärmetauscher, mit einem Block aus Wärmetauscherrohren, mit luftseitigen Rippen und wenigstens einem Rohrhalter mit Längsränderstreifen und mindestens einem Sammelkasten, wobei die Wärmetauscherrohre in Öffnungen des Rohrhalters befestigt sind und Vorsprünge des Rohrhalters in die Enden der Wärmetauscherrohre ragen. Dabei weisen die Längsränderstreifen des Rohrhalters erfindungsgemäß eine Faltung zur Materialverstärkung auf, um u.a. das bündige Aufschweißen des Sammelkastens zu gewährleisten.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ganz-Metall-Wärmetauscher, bestehend aus Flachrohren und Rippen, die einen Block bilden und aus wenigstens einem Sammelkasten sowie wenigstens einem Rohrhalter mit Längsränderstreifen und mit den weiteren Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Vormontage des Ganz-Metall-Wärmetauschers.
Ein Ganz-Metall-Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff ist z. B. aus der Druckschrift Nr. EP 1 774 245 B1 bekannt. Am dort als Rohrboden bezeichneten Rohrhalter können Vorsprünge mit Abständen angeordnet sein, wobei die Abstände der Vorsprünge den Abständen der Flachrohre entsprechen, sodass die Vorsprünge in die Schmalseiten der Enden der Flachrohre eingreifen; siehe 8 und 9. Ein gewisser Nachteil des bekannten Ganz-Metall-Wärmetauschers besteht darin, dass als Fügeverfahren zum Anbringen des Sammelkastens bevorzugt Löten zur Anwendung kommen muss, da der Sammelkasten als dünnwandiges Blechteil dargestellt ist. Damit ist ein weiterer Nachteil verbunden, nämlich die Beschränkung auf die Verwendung einfacher Blechformteile zur Darstellung des Sammelkastens. Damit können komplizierte Formen z. B. zur Fluidführung im Sammelkasten, Formen zur Gestaltung von Haltern, von versteifenden Rippen und dergleichen, sowie örtlich unterschiedliche Materialstärken zur Festigkeitssteigerung nur sehr aufwändig dargestellt werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen bezüglich Festigkeit und Aufwand für Fertigung und Material verbesserten Ganz-Metall-Wärmetauscher darzustellen. Die erfindungsgemäße Lösung bezüglich des Ganz-Metall-Wärmetauschers erfolgt durch den Einsatz der Merkmale des Anspruchs 1. Die Ansprüche 2 bis 10 enthalten weiterbildende Merkmale des Ganz-Metall-Wärmetauschers. Der Anspruch 11 enthält das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für den Wärmetauscher.
Die erfinderischen Unterscheidungsmerkmale liegen hauptsächlich in der Ausgestaltung der Rohrhalter und in deren Herstellungsschritten.
Gemäß der Erfindung wird an den Längsränderstreifen beidseitig über die Länge der Rohrhalter des Ganz-Metall-Wärmetauschers eine Faltung mit wenigstens doppelter Materialstärke dadurch dargestellt, dass die Längsränderstreifen des endlosen Blechstreifens des Rohrhalters um etwa 180° umgelegt sind. Als Vorteil dieser Ausgestaltung ergibt sich unter anderem, dass nach dem Löten des Blockes ein aus einem Gussformteil hergestellter Sammelkasten einfacher auf den Rohrhalter geschweißt werden kann. Der Rohrhalter kann aus relativ dünnem Blech hergestellt werden, und er behält wegen der erfindungsgemäßen Ausbildung seine hohe Festigkeit und Steifigkeit.
Dabei kann der als Gussformteil ausgebildete Sammelkasten an den Längsrändern aufgeschweißt werden, wobei die Wandstärke des Sammelkastens dort etwa der doppelten oder mehrfachen Materialstärke des endlosen Blechstreifens des Rohrhalters entspricht. Durch die Ausbildung der Faltung mit Hilfe von Vertiefungen in dem endlosen Blechstreifen des Rohrhalters wird ein für das Aufschweißen des Sammelkastens günstiger flächenähnlicher Bereich gebildet, was ohne die genannten Vertiefungen nicht möglich ist. Ohne Vertiefungen würde sich nur ein etwa halbkreisförmiger Bereich mit lediglich Linienberührung zum Sammelkasten ergeben, wodurch das Aufschweißen des Sammelkastens zumindest erschwert sein würde. Weitere Merkmale befinden sich in den beiliegenden Patentansprüchen, die als an dieser Stelle detailliert angegeben betrachtet werden sollen.
Es folgt die Beschreibung der Erfindung anhand der vorliegenden Figuren. Die Beschreibung enthält weitere Merkmale und deren Vorteile. Die Figuren zeigen in teilweise schematisierter Form:
1: Eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Ganz-Metall-Wärmetauschers;
2: Eine vergrößerte Teilansicht eines erfindungsgemäßen Ganz-Metall-Wärmetauschers;
3: Eine Teilansicht von oben auf den endlosen Blechstreifen des erfindungsgemäßen Rohrhalters;
4: Einen Schnitt durch den endloser Blechstreifen des erfindungsgemäßen Rohrhalters;
5: Ein Stück eines fertigen Rohrhalters in perspektivischer Ansicht.
6: Eine Teilansicht eines 2. Ausführungsbeispiels;
In 1 ist eine Ansicht eines Ganz-Metall-Wärmetauschers, der in diesem Ausführungsbeispiel ein Ladeluftkühler ist, gezeigt. Der Ganz-Metall-Wärmetauscher besitzt Wärmetauscherrohre 2 mit zwei Schmalseiten und zwei Breitseiten, und luftseitige Rippen 23 zwischen den Wärmetauscherrohren 2 sowie zwischen den äußersten Wärmetauscherrohren 2 und den abschließenden Seitenteilen. Die Wärmetauscherrohre 2 sind mit ihren Enden 20 in Öffnungen 12 des Rohrhalters 1 gesteckt und dort mittels Löten dicht verbunden, wobei Vorsprünge 11 des Rohrhalters 1 in die Enden 20 der Wärmetauscherrohre 2 ragen.
Die 2 zeigt eine vergrößerte Teilansicht eines erfindungsgemäßen Ganz-Metall-Wärmetauschers, mit Wärmetauscherrohren 2, dem Rohrhalter 1 und einer Faltung 33 im Längsränderstreifen 30. Die Ausbildung der doppelten Materialstärke der Längsränderstreifen 30 am Rohrhalter 1 ermöglicht es, einen als Gussformteil dargestellten Sammelkasten 40 mit einer V-förmigen Nahtvorbereitung auf den Rohrhalter 1 zu schweißen. Damit ergibt sich als weiterer Vorteil, dass die Tiefe des Ganz-Metall-Wärmetauschers in Richtung der Kühlluftdurchströmung, im Vergleich zu einem nicht stumpf aufgeschweißten Sammelkasten, verringert wird. Die doppelte Materialstärke der Längsränderstreifen 30 wird durch eine Biegung 35 um etwa 180° der Längsränder 31 dargestellt. Diese durch doppelte oder mehrfache Materialdicke bzw. durch mehrfache Faltungen verstärkten Längsränderstreifen 30 tragen auch zu einer gesteigerten Formsteifigkeit während des Lötprozesses bei. Deutlich erkennbar ist auch der flächenartig ausgebildete Abschluss 34 eines Längsränderstreifens 30 zum Sammelkasten 40.
Die 3 zeigt eine Draufsicht auf den endlosen Blechstreifen 13 des Rohrhalters 1, mit Öffnungen 12 und Vorsprüngen 11, und mit der Lage des Schnittes A-A, der in 4 um 90° gedreht gezeigt ist. Ferner zeigt die 3 welcher Bereich des Blechstreifens im Sinne dieser Anmeldung etwa als Längsrandstreifen 30 zu verstehen ist. Er umfasst die Vorsprünge 11 (falls vorhanden) am äußersten Längsrand und auch die Vertiefung 32.
In 4 ist ein Schnitt durch den endlosen Blechstreifen 13 zur Herstellung des Rohrhalters 1 dargestellt, wobei zum Umbiegen der Längsränder 31 um etwa 180° Vertiefungen 32 in den endlosen Blechstreifen 13 eingebracht sind. Dadurch werden, als weitere Vorteile, Schäden am endlosen Blechstreifen 13 beim Umbiegen der Längsränder 31 vermieden, sowie ein im Gegensatz zum Umbiegen ohne Vertiefungen 32 sich ergebender linienförmiger Abschluss im First der Faltung 33 unterdrückt.
Dies ist besonders vorteilhaft zum Aufschweißen des Sammelkastens 40. Die Vertiefung 32 wird als linienförmige Einprägung ausgeführt. Um die Biegekanten 36 werden die Längsränderstreifen 30 hochgestellt. Zusätzlich enthält der Rohrhalter 1 Knicklinien 37, die ihm eine Krümmung zur Erhöhung der Steifigkeit verleihen. In den 1–5 sind an den Längsränderstreifen 30 Vorsprünge 11 angeordnet, die bei der Vormontage des Wärmetauschers in die Rohrenden gesteckt werden. Deshalb erstrecken sich die Öffnungen 12 in den Rohrhaltern 1 bis in den abgebogenen Bereich der Längsränderstreifen 30 hinein. Auch, weil der Sammelkasten 40 ohne Überstand auf den Rohrhalter 1 geschweißt werden kann, wird ein sehr kompakter Wärmetauscher bereitgestellt. An der Umrandung der Öffnungen 12 in den Rohrhaltern 1 sind Kragen 10 angeformt worden, die entweder zum Sammelkasten 40 hinweisend oder zum Block zeigend ausgebildet werden können. Ein markantes Merkmal der Kragen 10 besteht darin, dass diese sich nicht um den gesamten Umfang der Öffnungen 12 erstrecken. Wie die 3, 4 oder 5 zeigen, sind in die Kragen 10 lediglich in einem mittleren Bereich der Öffnungen 12 bzw. des Rohrhalters 1 angeordnet. Sie erstrecken sich etwa um 70% des Umfangs der Öffnungen 12. Sie besitzen im mittleren Bereich des Rohrhalters 1 auch eine größere Höhe als im seitlichen Bereich. Zu den Längsrändern hin sind keine Kragen 10 vorhanden. Es wurde festgestellt, dass diese Ausgestaltung der Kragen 10 das Einführen der Flachrohrenden erleichtern kann. Die Dichtheit der Lötverbindungen wird trotzdem erreicht, wie festgestellt wurde.
Die 6 zeigt hingegen ein Ausführungsbeispiel, in dem auf die Ausgestaltung der Längsränderstreifen 30 mit Vorsprüngen 11 verzichtet wird. Jedoch besitzen auch die dort vorhandenen Rohrhalter 1 jeweils eine nach außen zeigende Faltung 33, um den Rohrhalter 1 einerseits aus dünnerem Blech ausführen zu können und um andererseits seine Festigkeit am Rand, trotz dünnerer Blechdicke, zu gewährleisten, sowie das Aufschweißen des Sammelkastens 40 zu ermöglichen. Die Faltung 33 könnte auch nach innen zeigend ausgebildet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1774245 B1 [0002]

Claims

Ganz-Metall-Wärmetauscher, mit einem Block aus Wärmetauscherrohren (2), mit luftseitigen Rippen (23) und wenigstens einem Rohrhalter (1) mit Längsränderstreifen (30) und mit mindestens einem Sammelkasten (40), wobei die Wärmetauscherrohre (2) in Öffnungen (12) des Rohrhalters (1) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsränderstreifen (30) des Rohrhalters (1) wenigstens eine Faltung (33) mit einer Biegung (35) um etwa 180° aufweisen.
Ganz-Metall-Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Faltung (33) zur Materialverstärkung als wenigstens doppelte Materialdicke der Längsränder (31) ausgebildet ist.
Ganz-Metall-Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrhalter (1) aus einem endlosen Blechstreifen herstellbar sind.
Ganz-Metall-Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Längsränderstreifen (30) wenigstens je eine Vertiefung (32) angeordnet ist, die sich in der Biegung (35) befindet.
Ganz-Metall-Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (32) im äußeren Biegeradius der Biegung (35) liegt.
Ganz-Metall-Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Faser der Biegung (35) abgeflacht ausgebildet ist und Teil einer Schweißnahtvorbereitung zur Verbindung mit dem Sammelkasten (40) bildet.
Ganz-Metall-Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Vorsprünge (11) am Rohrhalter (1) angeordnet und in die Enden (20) der Wärmetauscherrohre (2) einführbar sind.
Ganz-Metall-Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (11) am Längsrand des Blechstreifens bzw. am Längsrand der Faltung (33) angeordnet sind.
Ganz-Metall-Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Öffnungen (12) des Rohrhalters (1) bis in die abgebogenen Längsränder des Rohrhalters (1) hinein erstrecken.
Ganz-Metall-Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ganz-Metall-Wärmetauscher vorzugsweise als luftgekühlter Ladeluftkühler für Kraftfahrzeuge einsetzbar ist.
Verfahren zur Vormontage eines Ganz-Metall-Wärmetauschers, das wenigstens folgende Verfahrensschritte umfasst: – Bereitstellung von Wärmetauscherrohren (2) und luftseitigen Rippen (23); – Herstellung von Rohrhaltern (1) mit Längsränderstreifen (30) durch Bearbeitung und Umformung eines endlosen Blechstreifens (13); – Fügen der Wärmetauscherrohre (2) mit luftseitigen Rippen (23) und Einführen der Wärmetauscherrohre (2) in Öffnungen (12) des Rohrhalters (1) und Fügen der genannten Teile zum Ganz-Metall-Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, dass im Zuge der Herstellung der Rohrhalter (1) in deren Längsränderstreifen (30) eine Faltung (33) erzeugt wird, indem sie um etwa 180° umgebogen werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Herstellung der Faltung (33) der Längsränderstreifen (30) Vertiefungen (32) in den endlosen Blechstreifen (13) des Rohrhalters (1) eingebracht werden.