DE102015113905A1 - Wärmeübertrager - Google Patents

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Richard Armsden
Greg Whitlow
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Halla Visteon Climate Control Corp
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager und Verfahren zur Herstellung und Montage eines Wärmeübertragers, und insbesondere einen Luftstrom-Wärmeübertrager mit einem mechanisch montierten Kollektor zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug. Der Wärmeübertrager umfasst eine vollmetallisch gebondete Matrix, umfassend eine Vielzahl von im Wesentlichen parallelen Metallrohren und eine Vielzahl von Metallrippen. Die Rohre weisen einen Wärmeübertragungsabschnitt auf, welcher eine längliche Querschnittsform aufweist, und welcher zwei gegenüberliegende längere Seiten und zwei gegenüberliegende kürzere Seiten aufweist. Zumindest ein Rohr ist an seinem ersten Endabschnitt mit einem ersten Kollektor des Wärmeübertragers mittels zumindest einem biegsamen Element verbunden. Das biegsame Element erstreckt sich um den ersten Endabschnitt des Rohrs, um eine Abdichtung bereitzustellen und um eine relative Bewegung zwischen dem mechanisch angebundenen Rohr und dem ersten Kollektor aufgrund der thermischen Expansion und Kontraktion der Matrix zu ermöglichen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeübertrager und Verfahren zur Herstellung und Montage eines Wärmeübertragers, und insbesondere auf einen Luftstrom-Wärmeübertrager mit einem mechanisch montierten Kollektor zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Kraftfahrzeuge sind typischerweise mit einem Motorkühlungssystem, umfassend einen Wärmeübertrager, ausgestattet, welches für gewöhnlich als Radiator bezeichnet wird. Wenn der Motor läuft, wird Wärme von dem Motor an ein Kühlmittel übertragen, welches den Motor durchströmt. Das Kühlmittel strömt dann von dem Motor zu dem Wärmeübertrager durch eine Reihe von Leitungen. An dem Wärmeübertrager wird Wärme von dem Kühlmittel an die kühlere Luft übertragen, welche über die Außenseite des Wärmeübertragers strömt. Dieser Vorgang wiederholt sich in einem kontinuierlichen Kreislauf, wodurch der Motor gekühlt wird.
  • Wärmeübertrager werden auch in Klimaanlagen für Zwischenkühler in Turboladern und Verdichtern sowie zur Fremdkühlung der elektronischen Stromversorgung in Elektrofahrzeugen eingesetzt.
  • Ein typischer Wärmeübertrager umfasst eine Reihe von Rohren, welche durch zwei Kammern unterstützt sind, welche für gewöhnlich als Kollektoren bezeichnet werden und welche an jedem Ende von einen Wärmeübertragungsabschnitt positioniert sind, welcher für gewöhnlich als Matrix bezeichnet wird. Die Matrix umfasst eine Reihe von parallelen Rohren, welche ein flüssiges Kühlmittel zwischen den Kollektoren auf dem Weg von einem Einlasskanal und einem Auslasskanal zu den Kollektoren befördern. Ein Luftstrom zwischen den Rohen unterstützt die Wärmeableitung in das Kühlmedium. Um den Oberflächenbereich der Matrix zu vergrößern und die Wärmeableitungsfähigkeit der Matrix zu erhöhen, sind die Rohre für gewöhnlich mit einer Reihe von Rippen überspannt, welche sich entweder parallel in Richtung quer zur Länge der Rohre oder in Zickzack-Ausrichtung zwischen den Rohren erstrecken.
  • Obwohl die Kollektoren teilweise oder vollständig aus einem Polymermaterial ausgebildet sein können, besteht die Matrix des Wärmeübertragers aus Metall, beispielsweise eine Aluminiumlegierung. Der Kollektor weist eine Bodenplatte auf, welche für gewöhnlich auch aus Metall besteht und an deren Enden die Rohre angebunden sind. Die Seitenwände der Kollektoren können aus Metall bestehen, wobei diese allerdings aus Kostengründen mittlerweile häufig aus einem Kunststoffmaterial gefertigt sind, welches an der Metallbodenplatte, beispielsweise durch Sicken in dem Metall befestigt ist, und wobei eine Abdichtung, welche durch einen biegsamen, zusammendrückbaren Dichtungsring oder O-Ring hergestellt ist, welcher sich den Umfang der Verbindung zwischen der Bodenplatte und den Seitenwänden umlaufend erstreckt, zwischen der Metallbodenplatte und den Kollektor-Seitenwänden vorgesehen ist.
  • Es gibt zwei bekannte Verfahren zur Herstellung derartiger Wärmeübertrager. Das erste Verfahren besteht in dem Einsatz von einem „Lötverfahren in kontrollierten Atmosphären” (CAB = Controlled Atmospheric Brazing), um die Matrix mit dem metallischen Teil von jedem Kollektor zu verbinden, welcher mit der Matrix verbunden ist. Ein solches CAB-Verfahren oder Schweißverfahren wird in der vorliegenden Beschreibung als „Wärme- und Fügeverfahren” bezeichnet.
  • Das andere bekannte Verfahren zur Herstellung derartiger Wärmeübertrager besteht in der Vermeidung des Verschweißens oder Verlötens benachbarter Metallbauteile unter Verwendung von „mechanischer Montage” (MA = Mechanical Assembly) der Matrix und der Kollektoren. In der vorliegenden Beschreibung werden die Formulierungen „mechanische Verbindungen” und „mechanisch verbunden” verwendet, um auf derartige unverschweißte bzw. lötfreie Verbindungen Bezug zu nehmen, in welchen benachbarte Bauteile mechanisch durch separate Kontaktbauteile zusammengehalten werden, welche nicht anderweitig miteinander verbunden sind.
  • In dem CAB-Verfahren werden Metallflachrohre mit Metallrippen voneinander beabstandet, welche die Spalte zwischen den Rohren, typischerweise in einem Zickzack-Muster, überspannen. In vielen CAB-Wärmeübertragern umfassen die Rohre jeweils einen einzelnen umschlossenen Kanal, oder alternativ ein Paar von nebeneinander angeordneten einzelnen Kanälen, welche durch eine sich längs erstreckende Trennwand voneinander getrennt sind, um einen doppelt umschlossenen Kanal zu bilden. Die Rohre weisen eine im Allgemeinen längliche im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform auf und umfassen zwei gegenüberliegende längere Seiten oder Flächen, welche im Wesentlichen flach sind, und zwei gegenüberliegende gebogene kürzere Seiten bzw. Enden. Die Rippen werden anschließend mit den langen Seiten verlötet und erstrecken sich im Wesentlichen nicht über die Begrenzung der kurzen Seiten. Die Enden von jedem Rohr erstrecken sich in Durchbrüche in den metallischen Kollektor-Bodenplatten. Der Spalt zwischen benachbarten Metallbauteilen wird bei einer Größe von weniger als etwa 0,15 mm gehalten, so dass die Spalte überspannt und mit Lötpaste abgedichtet werden, wenn die Baugruppe einen Lötofen passiert, um die Lötverbindung zwischen den Bauteilen herzustellen. Alle Metallbauteile sind vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung hergestellt, um eine hohe Wärmeleitfähigkeit bereitzustellen.
  • In dem MA-Verfahren werden sowohl die Rippen und Rohre als auch die Kollektoren nicht durch metallische Verbindungen sondern durch Reibungsverbindungen bzw. mechanische Verbindungen zusammengehalten. Die Rippen erstrecken sich durchgängig im rechten Winkel zu den Rohren und werden nicht gefaltet oder gewellt, um sich in die gleiche Richtung wie die Rohre zu erstrecken, und weisen somit Durchbrüche auf, durch welche jedes Rohr hindurch geführt ist. In dieser Anordnung sind die Rippen eng parallel voneinander beabstandet und erstrecken sich für gewöhnlich zur gegenüberliegenden Vorder- und Rückseite der Matrix. Die Rohre weisen einen kreisförmigen Querschnitt und zunächst einen Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Rippendurchbrüche auf, durch welche die Rohre eingebracht werden. Alle Metallbauteile sind vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung hergestellt, um eine hohe Wärmeleitfähigkeit bereitzustellen. Ein Werkzeug, welches als „Projektil” bezeichnet wird, wird über die Innenlänge von jedem Rohr nach unten gepresst. Das Projektil weist einen Durchmesser größer als der ursprüngliche Innendurchmesser der Rohre auf, so dass jedes Rohr aufgeweitet wird, um gegen die Durchbrüche der Rippen gepresst zu werden. Dadurch werden die Rippen durch eine mechanische Verbindung an den Rohren befestigt. Die Bodenplatte von jedem Kollektor weist Durchbrüche für die Enden der Rohre auf. Die Durchbrüche sind für die Aufnahme von zwischen dem Metall der Rohre und den Bodenplatten angeordnete Kunststoff- oder Kautschuk-Abdichtungselemente hinreichend ausgespart. Zur Gewährleistung einer zuverlässigen Abdichtung sind eine Vielzahl von Verfahren bekannt, beispielsweise die Verwendung eines konischen Werkzeugs, welches in die Rohrenden hineingepresst wird, um die Rohrenden mechanisch aufzuweiten und dadurch die Abdichtung zusammenzudrücken.
  • Jedes Verfahren bietet im Vergleich zu anderen Verfahren bestimmte Vorteile und Nachteile. Wärmeübertrager, welche unter Verwendung des CAB-Verfahrens hergestellt sind, stellen eine höhere Wärmeübertragungskapazität für einen Wärmeübertrager mit einer bestimmten Größe bereit und sind in mancher Hinsicht mechanisch robuster, da die Rohre abgeflacht sind und sich zu der Vorder- und Rückseite des Wärmeübertragers erstrecken, wodurch die Rippen geschützt sind. Ein nennenswerter Nachteil besteht darin, dass das Lötverfahren mit einem langen Durchlaufweg durch einen kostenintensiven Lötofen einhergeht. Des Weiteren sind die Radiatorrohre beim Betrieb von einem Motor- und Radiator-Kühlungssystem einem Wärmekreislauf ausgesetzt (Anstieg und Abfall der Temperatur der Wärmeübertragerbauteile), wodurch sich Druckbelastungen ergeben, da sich benachbarte Rohre in bestimmten Graden aufweiten können, so dass die Rohre durch benachbarte Rohre mit axialen Lasten beaufschlagt werden. Aus diesem Grund gestaltet sich die thermische Expansion des Wärmeübertragers beim Gebrauch im allgemeinen ungleichmäßig, und in bestimmten Teilen des Wärmeübertragers kann es in Abhängigkeit von dem Strömungsmuster des Kühlmittelstroms zu Rissbildungen kommen, welche zu Leckagen und vorzeitigem Ausfall des Wärmeübertragers führen kann. Insbesondere um die Wärmeübertragungskapazität zu maximieren, sind die Rohre nebeneinander und die Vorderseiten der benachbarten Rohre gegenüberliegend angeordnet und definieren einen Raum oder Durchgang zwischen den Rohren für die Rippen, durch welche ein Kühlmedium, beispielsweise Luft, strömen kann. Diese Geometrie der Rohre ist somit begünstigend, da dadurch ein relativ großer Oberflächenbereich gebildet wird, über welchen das Kühlmedium strömen kann, während Unterbrechungen des Luftstroms durch den Wärmeübertrager minimiert werden. Diese Arten von Kollektor/Rohrkombinationen sind allerdings aufgrund der Druckbelastungskonzentrationen, welche entlang der Kollektor/Rohrverbindung, insbesondere um die Nase der Rohre und an den Stellen auftreten, an denen die Rohrwände eng umgebogen sind, ausfallanfällig.
  • Mit dem MA-Verfahren kann die Notwendigkeit für einen kostenintensiven Lötofen vermieden werden und dieses somit zur Herstellung eines kostengünstigeren Wärmeübertragers eingesetzt werden. Da die Verbindungen zwischen den Rohrenden und Kollektoren mechanisch sind, können die Pressverbindungen so ausgestaltet sein, dass zwischen den Rohren und den Kollektoren aufgrund der unregelmäßigen thermischen Expansion, wenn sich der Wärmeübertrager aufheizt oder abkühlt, ein gewisser Bewegungsgrad in Längsrichtung gewährleistet ist. Ein vollständig mechanischer Wärmeübertrager reduziert oder beseitigt somit im Wesentlichen die thermischen Belastungen zwischen den Wärmeübertragerbauteilen, wodurch die Wärmeübertragerzuverlässigkeit und Langlebigkeit erhöht werden. Derartige Wärmeübertrager sind allerdings bis zu einer bestimmten Größe bei der Wärmeübertragung weniger effizient, so dass mechanisch angebundene Wärmeübertrager größer zu dimensionieren sind, um die gleiche Kapazität bereitzustellen. Aus diesem Grund muss für einen größeren Wärmeübertrager in bestimmten Anwendungen mehr Platz vorgesehen sein. Die Rippen, welche parallel zueinander angeordnet sind und sich zur Vorder- und Rückseite der kreisförmigen Kühlrippen erstrecken, sind ebenfalls bedeutend weniger robust im Vergleich zu den Zickzack-Rippen, welche zwischen Flachrohren von einem Wärmeübertrager aufgenommen sind, welcher unter Verwendung des CAB-Verfahrens hergestellt ist. Um die Wärmeübertragungskapazität zu maximieren, sind die Rippen notwendigerweise dünn, mit einer Dicke von etwa 0,1 mm ausgestaltet, wobei derartige Rippen schon durch Fingerdruck leicht verformbar sind. Derartige Beschädigungen führen zur Herabsetzung der Strömungsgeschwindigkeit eines Kühlmediums, beispielsweise Luft, durch den Wärmeübertrager. In einem Kraftfahrzeug-Radiator können Steine oder Streumittel mitunter auf den Radiator aufschlagen, wodurch kumulierter Schaden an der Kühlmitteldurchlässigkeit der Matrix verursacht wird.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Wärmeübertrager und Verfahren zur Herstellung und Montage eines Wärmeübertragers bereitzustellen, durch welchen zumindest einige Probleme beseitigt werden können.
  • Vorteile der Erfindung
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Wärmeübertrager bereitgestellt, welcher Folgendes umfasst: eine vollmetallisch gebondete Matrix mit einer Vielzahl von im Wesentlichen parallelen Metallrohren und einer Vielzahl von Metallrippen, wobei die Rohre einen Wärmeübertragungsabschnitt aufweisen, und der Wärmeübertragungsabschnitt eine längliche Querschnittsform aufweist und zwei gegenüberliegende längere Seiten und zwei gegenüberliegende kürzere Seiten umfasst, wobei die Rippen zwischen den gegenüberliegenden längeren Seiten des Wärmeübertragungsabschnitts benachbarter Rohre angeordnet sind; und einen ersten Kollektor und einen zweiten Kollektor, wobei die Rohre an gegenüberliegenden Enden der Rohre einen ersten Endabschnitt und einen zweiten Endabschnitt aufweisen, wobei der erste Endabschnitt und der zweite Endabschnitt jeweils mit dem ersten und dem zweiten Kollektor verbunden sind, und die Matrix dabei ausgelegt ist, Wärme zwischen einem externen Medium und einem Kühlmittel zu übertragen, welches durch die Rohre zwischen den Kollektoren befördert wird; wobei zumindest ein Rohr an dem ersten Endabschnitt mit dem ersten Kollektor durch zumindest ein biegsames Element verbunden ist, wobei sich das biegsame Element um den ersten Endabschnitt erstreckt, um gegenüber dem ersten Endabschnitt für das Kühlmittel, welches sich in dem Wärmeübertrager befindet, eine Abdichtung bereitzustellen und um die relative Bewegung zwischen dem mechanisch angebundenem Rohr und dem ersten Kollektor aufgrund der thermischen Expansion und Kontraktion der Matrix zu ermöglichen.
  • Das biegsame Element kann aus einem Kunststoff- oder Kautschukmaterial ausgebildet sein und ist vorzugsweise biegsam, so dass es elastisch verformbar ist und sich somit in Abhängigkeit von einer einwirkenden externen Kraft aufweiten oder zusammenziehen kann.
  • Es soll angemerkt werden, dass der zweite Kollektor und der zweite Endabschnitt der Rohre, obwohl sich diese allgemeine Beschreibung insbesondere auf eine mechanische Verbindung zwischen dem ersten Kollektor und dem ersten Endabschnitt der Rohre bezieht, optional die selben Merkmale aufweisen können wie der erste Kollektor und der erste Endabschnitt der Rohre.
  • Alternativ, da die relative Bewegung des mechanisch angebundenen ersten Endabschnitts des Rohrs und des ersten Kollektors durch das biegsame Element zwischen dem ersten Endabschnitt des Rohrs und dem ersten Kollektor gewährleistet ist, können die zweiten Endabschnitte des Rohrs durch eine gebondete Verbindung zwischen den metallischen Materialien des Rohrs und dem zweiten Kollektor mit dem zweiten Kollektor verbunden sein, welche in einem Wärme- und Fügeverfahren hergestellt wird.
  • Im Allgemeinen steht das biegsame Element mit dem Rohr in direktem Kontakt, um gegenüber dem Rohr für das Kühlmittel, welches sich in dem Wärmeübertrager befindet, eine Abdichtung bereitzustellen, und um eine relative Bewegung über die Länge des Rohrs des mechanisch angebundenen ersten Endabschnitts des Rohrs relativ zu dem ersten Kollektor aufgrund der thermischen Expansion und Kontraktion der Matrix zu ermöglichen.
  • Die Rippen erstrecken sich im Allgemeinen zwischen gegenüberliegenden langen Seiten benachbarter Rohre, wobei die Ausrichtung der Rohre und Rippen in einem Wärme- und Fügeverfahren festgelegt wird, um die vollmetallisch gebondete Matrix auszubilden. Die Matrix weist eine gegenüberliegende erste und zweite Stirnseite auf, wobei sich die längeren Seiten der Rohre zwischen der ersten Stirnseite und der zweiten Stirnseite derart erstrecken, dass ein externes Medium, beispielsweise Luft, beim seinem Einsatz die Matrix von der ersten Matrixstirnseite zu der zweiten Matrixstirnseite durchströmt, um die Wärmeübertragung zu realisieren. Der Wärmeübertragungsabschnitt kann somit eine im Wesentlichen rechtwinklige Querschnittsform aufweisen, welche sich zwischen der gegenüberliegenden ersten und zweiten Stirnseite der Matrix erstreckt.
  • Die relative Bewegung, welche dort bereitgestellt ist, wo zwischen dem Kollektor und den Rohren eine mechanische Verbindung besteht, verhindert den Aufbau von Druckbelastungen aufgrund von einer ungleichmäßigen thermischen Expansion der Matrix und/oder der Kollektoren. Die mechanische Verbindung ermöglicht des Weiteren eine große Bandbreite an Möglichkeiten zur Verbindung der Rohre mit den Kollektoren, während gleichzeitig die Vorteile einer vollmetallisch gebondeten Matrix beibehalten werden, insbesondere eine relativ hohe Wärmeübertragungsleistung in kompakter Form, und die Möglichkeit für eine robuste Ausgestaltung, durch welche die Rippen vor physischen Beschädigungen zwischen benachbarten Langrohren teilweise geschützt sind.
  • Die Rippen sind metallisch an den Rohren gebondet oder angefügt, beispielsweise durch die Anwendung von Wärme in einem Ofen in einem CAB-Verfahren, einem Lötverfahren, einem Schweißverfahren oder Brennverfahren. Zur Vereinfachung werden alle Wärmeverfahren, bei denen eine gebondete Metall/Metall-Verbindung ausgebildet wird, nachfolgend als „Wärme- und Fügeverfahren” bezeichnet.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die längeren Seiten benachbarter Rohre im Wesentlichen parallel zueinander und einander gegenüberliegend beabstandet.
  • Die Verbindung der Rohre kann an einem Teil des Kollektors erfolgen, welcher an nächsten an der Matrix angeordnet ist. Dieser Teil des Kollektors kann ein plattenförmiges Element sein, welches nachfolgend als Bodenplatte bezeichnet ist. Zur Fertigstellung des Kollektors kann diese Bodenplatte von einer Abdeckung bedeckt sein, welche entweder unlösbar oder lösbar mit der Bodenplatte verbunden ist, beispielsweise an einem Rand oder einer Lippe, welche sich von einem im Allgemeinen ebenen Abschnitt der Bodenplatte weg erstrecken. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der erste Kollektor eine erste Bodenplatte und der zweite Kollektor vorzugsweise eine zweite Bodenplatte auf. Die Bodenplatte oder jede Bodenplatte kann dann eine Vielzahl von Durchbrüchen aufweisen, um zu einem entsprechenden Rohr eine Strömungsverbindung herzustellen, welches zumindest einen Durchbruch sowohl an dem ersten und dem zweiten Endabschnitt aufweist.
  • Wenn die Endabschnitte in den entsprechenden Durchbrüchen aufgenommen sind, wird zwischen der ersten Bodenplatte und dem mechanisch angebundenen ersten Endabschnitt um den Durchbruch ein Abdichtungsabschnitt des biegsamen Elements angeordnet, um den ersten Endabschnitt und den ersten Kollektor mechanisch miteinander zu verbinden.
  • Das biegsame Element erstreckt sich dann um den Durchbruch, um gegenüber der ersten Bodenplatte für das Kühlmittel, welches sich in dem Wärmeübertrager befindet, eine Abdichtung bereitzustellen. Im Allgemeinen steht das biegsame Element mit der ersten Bodenplatte um den Durchbruch in direktem Kontakt, um den Durchbruch umgebend für das Kühlmittel, welches sich in dem ersten Kollektor befindet, eine Abdichtung bereitzustellen.
  • Jeder erste Endabschnitt kann in einem entsprechenden Durchbruch der ersten Bodenplatte aufgenommen sein. Die Durchbrüche können jeweils eine längliche Form, welche mit einem länglichen Querschnitt des Rohrs übereinstimmt, und eine Aussparung zur Aufnahme des Rohrs und eines Abdichtungsabschnitts des biegsamen Elements aufweisen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die zweiten Rohrendabschnitte durch die zweite Bodenplatte an einem entsprechenden Durchbruch ebenfalls mit dem zweiten Kollektor mechanisch verbunden. Alternativ kann jede beliebige Anzahl der zweiten Rohrendabschnitte mit dem zweiten Kollektor mittels einer gebondeten Metall/Metall-Verbindung verbunden sein, wobei diese Verbindung in diesem Fall vorzugsweise in dem gleichen Wärme- und Fügeverfahren ausgebildet wird, welches eingesetzt wird, um die Bauteile der Matrix zusammenzufügen. Bei Vorhandensein einer Vielzahl von derartigen Rohren mit vollmetallisch gebondeten Verbindungen an beiden Endabschnitten kann zumindest ein mechanisch angebundenes Rohr zwischen den vollmetallisch gebondeten Rohren angeordnet sein.
  • Wenn die Rohre angebunden sind, können die Rohre das Kühlmittel, bei welchem es sich beispielsweise um eine Mischung aus Ethylen-Glykol und Wasser handeln kann, bei ihrem Einsatz durch die Rohrendöffnungen von dem einen Kollektor zu dem anderen Kollektor befördern, wobei jedes Rohr zwischen den Rohrendabschnitten den Wärmeübertragungsabschnitt aufweist.
  • Die Rippen erstrecken sich vorzugsweise zwischen gegenüberliegenden längeren Seiten benachbarter Rohrpaare, wobei die Rohre und Rippen zusammen die vollmetallisch gebondete Matrix ausbilden. Die Matrix weist im Allgemeinen eine erste Stirnseite und eine zweite Stirnseite auf. Es ist ein besonderer Vorteil der Erfindung, wenn sich die längeren Seiten von jedem Rohr zwischen der ersten und der zweiten Stirnseite der Matrix erstrecken. Dadurch wird die mechanische Festigkeit der gegenüberliegenden Stirnseiten der Matrix bereitgestellt. Die längeren Seiten von jedem Rohr sind demzufolge vorzugsweise im Wesentlichen bündig mit den Abschnitten der Rippen angeordnet, welche an den gegenüberliegenden Stirnseiten der Matrix freiliegen. Jeder Kontakt mit einer Stirnseite kann somit durch die kürzeren Seiten von jedem Rohr umgelenkt oder abgeschirmt werden, welche im Allgemeinen wesentlich robuster sind als die Rippen, welche im Vergleich typischerweise relativ dünn sind.
  • Die Montage der Matrixbauteile erfolgt derart, dass beim Gebrauch ein externes Medium, beispielsweise Luft, die Matrix von der ersten Stirnseite zu der zweiten Stirnseite durchströmt, um die Wärmeübertragung zu realisieren.
  • In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung weist der erste Endabschnitt des mechanisch angebundenen Rohrs einen aufgeweiteten Abschnitt auf, wobei der Abdichtungsabschnitt des biegsamen Elements durch den aufgeweiteten Abschnitt des Rohrs um den Durchbruch zusammengedrückt wird.
  • Das biegsame Element ist somit zwischen gegenüberliegenden Flächen von jedem aufgeweiteten ersten Endabschnitt und dem entsprechenden Durchbruch in der ersten Bodenplatte zusammengedrückt. Das zusammengedrückte biegsame Element stellt somit zwischen dem oder jedem mechanisch angebundenem ersten Endabschnitt und dem entsprechenden Durchbruch in der ersten Bodenplatte, in welchem die ersten Endabschnitte aufgenommen sind, eine Abdichtung bereit.
  • Die Öffnung des ersten Endabschnitts weist somit Innenabmessungen auf, welche nach außen um den Umfang der Öffnung aufgeweitet sind.
  • Der aufgeweitete Endabschnitt kann eine längliche Querschnittsform aufweisen und kann somit zwei gegenüberliegende längere Seiten und zwei gegenüberliegende kürzere Seiten umfassen.
  • Jeder erste Rohrendabschnitt kann eine aufgeweitete Querschnittsform relativ zur Querschnittsform des Wärmeübertragungsabschnitts aufweisen. Diese Aufweitung senkt den Kühlmittel-Strömungswiderstand an der Öffnung von jedem Rohr, während diese gleichzeitig das Zusammendrücken des Abdichtungsabschnitts des biegsamen Elements zwischen dem ersten Endabschnitt und dem Bodenplattendurchbruch bewirkt. Dadurch wird die Ausbildung einer zuverlässigen Abdichtung, insbesondere um die Kanten oder entlang der kürzeren Ecken des Rohrendabschnitts und des biegsamen Elements, ermöglicht.
  • Es kann ferner ein sich verjüngender Abschnitt des Rohrs vorgesehen sein, welcher sich von dem Wärmeübertragungsabschnitt in Richtung des aufgeweiteten Endabschnitts erstreckt, welcher eine sich nach außen verjüngende Form aufweist, in welcher der Abstand zwischen den zwei gegenüberliegenden längeren Seiten des Rohrs erhöht und der Abstand zwischen den zwei gegenüberliegenden kürzeren Seiten ebenfalls erhöht wird. Das biegsame Element wird dabei durch den aufgeweiteten Abschnitt des Rohrs um den gesamten Durchbruch zusammengedrückt.
  • Der mechanisch angebundene erste Endabschnitt weist im Allgemeinen eine Öffnung zur Beförderung des Kühlmittels auf. Die zwei gegenüberliegenden längeren Seiten des aufgeweiteten Endabschnitts können nach außen aufgespreizt in die Nähe der Öffnung und die zwei gegenüberliegenden kürzeren Seiten des aufgeweiteten Endabschnitts können nach außen aufgespreizt in die Nähe der Öffnung angeordnet sein. Auf diese Weise ist der erste Endabschnitt mit dem aufgeweiteten Endabschnitt versehen.
  • Der aufgeweitete Endabschnitt kann einen Abschnitt mit einer im Wesentlichen gleichmäßigen Querschnittsform in Kontakt mit dem Abdichtungsabschnitt des biegsamen Elements aufweisen. Der Vorteil dieser gleichmäßigen Form über den anzunehmenden Verlauf der Längsbewegung des Rohrs besteht darin, dass der Abdichtungsabschnitt aufgrund der relativen Bewegung des mechanisch angebundenen ersten Endabschnitts und des ersten Kollektors aufgrund der thermischen Expansion und Kontraktion der Matrix weder zusammengedrückt noch aufgeweitet wird. Dadurch wird die Gewährleistung einer zuverlässigen Kontaktierung unterstützt, selbst wenn sich das Rohr aufgrund der thermischen Expansion oder Kontraktion in Längsrichtung bewegt.
  • Vorzugsweise entspricht der Expansions- und Kontraktionsgrad in dem bzw. in jeder mechanischem Verbindung, welcher in der Ausgestaltung des Wärmeübertragers vorgesehen ist, beim Einsatz in einer Automobilanwendung einem Temperaturbereich vom –40°C bis 120°C.
  • Das biegsame Element kann einen Bodenabschnitt und zumindest einen vorstehenden Abschnitt aufweisen. In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sitzt der Bodenabschnitt auf einer Fläche der ersten Bodenplatte auf und der bzw. jeder vorstehende Abschnitt erstreckt sich durch einen entsprechenden Durchbruch in der ersten Bodenplatte. Auf diese Weise ist der Abdichtungsabschnitt des biegsamen Elements zwischen der ersten Bodenplatte und dem mechanisch angebundenen ersten Endabschnitt angeordnet.
  • Hierbei kann ein separates biegsames Element für jeden aufgeweiteten Rohrendabschnitt vorgesehen sein. In diesem Fall kann sich jedes biegsame Element durch einen entsprechenden Durchbruch in dem Kollektor oder der Bodenplatte erstrecken, wodurch jedes biegsame Element zwischen einem entsprechenden aufgeweiteten Rohrendabschnitt und dem Durchbruch angeordnet ist.
  • Alternativ kann der Bodenabschnitt des biegsamen Elements ein einteiliges Bauteil sein, beispielsweise ein Blech mit einer Vielzahl von darin ausgebildeten Durchbrüchen, wobei jeder Durchbruch in dem Blech einen erhöhten Rand aufweist, welcher den vorstehenden Abschnitt bereitstellt, und wobei sich jeder Rand durch einen entsprechenden Durchbruch in der ersten Bodenplatte erstreckt. Auf diese Weise ist jeder Rand zwischen der ersten Bodenplatte und dem mechanisch angebundenen ersten Endabschnitt angeordnet, um den Abdichtungsabschnitt bereitzustellen.
  • Der Bodenabschnitt des biegsamen Elements ist auf einer Außenfläche der ersten Bodenplatte positioniert, welche der Matrix im Wesentlichen gegenüberliegt. Alternativ kann der Bodenabschnitt des biegsamen Elements auf einer Innenseite der ersten Bodenplatte positioniert sein, welcher von der Matrix im Wesentlichen weg weist.
  • Wenn einer oder mehrere Kollektoren eine Bodenplatte aufweisen, kann diese einen Umfang und eine Abdeckung aufweisen, welche mit dem Umfang verbunden ist. Die erste Kollektorabdeckung und das Blech können sich dann zu dem Umfang erstrecken, um den Umfang umgebend zwischen der Bodenplatte und der Abdeckung eine Abdichtung bereitzustellen.
  • Der Kollektor und/oder die Bodenplatte müssen nicht aus Metall gefertigt sein. Der Kollektor und/oder die Bodenplatte können aus einem Polymermaterial gefertigt sein. Eine Kollektorabdeckung aus einem Polymermaterial kann durch eine gebondete Naht, beispielsweise durch Verkleben oder Vibrationsschweißen, mit der entsprechenden Bodenplatte aus einem Polymermaterial abgedichtet sein, um eine gebondete Polymerverbindung herzustellen.
  • Alternativ können die Polymerabdeckung des Kollektors und das Polymermaterial der ersten Bodenplatte zwischen diesen Bauteilen zumindest ein Halteklammerelement aufweisen, durch welches die Abdeckung des ersten Kollektors an der ersten Bodenplatte befestigt wird.
  • Der Wärmeübertragungsabschnitt kann im Querschnitt im Wesentlichen rechtwinklig in einer Ebene angeordnet sein, welche sich quer zur Länge der Rohre erstreckt.
  • Benachbarte erste Endabschnitte können separate biegsame Elemente aufweisen, wobei benachbarte Rohrenden allerdings in bevorzugten Ausführungsformen biegsame Elemente aufweisen, welche durch ein einteiliges Bauteil bereitgestellt sind.
  • Es gibt zwei Arten, durch welche die relative Bewegung durch das biegsame Element bereitgestellt sein kann. Das biegsame Element kann derart biegsam sein, dass die relative Bewegung des Rohrendabschnitts gewährleistet ist. Alternativ oder zusätzlich kann das biegsame Element gleitend mit dem aufgeweiteten Rohrendabschnitt kontaktierbar sein, um die relative Bewegung des Rohrendabschnitts zu gewährleisten.
  • Sofern eine Stirnseite der Matrix an dem entsprechenden Kollektor mechanisch angebunden ist, kann die andere Seite der Rohre noch immer mit einem Metallkollektor zusammengefügt werden, indem die relative Bewegung der biegsamen Seite den Druckaufbau an der zusammengefügten Seite verhindert. Aus diesem Grund kann zumindest eines der Rohre einen Endabschnitt aufweisen, welcher mittels einer vollmetallisch gebondeten Verbindung mit dem entsprechenden Metallkollektor oder der Metallbodenplatte verbunden ist.
  • Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Montage eines Wärmeübertragers aus einer Matrix, einem ersten Kollektor und einem zweiten Kollektor bereitgestellt, wobei die Matrix eine Vielzahl von länglichen und im Wesentlichen parallelen Metallrohren und eine Vielzahl von Metallrippen umfasst, wobei die Rohre einen Wärmeübertragungsabschnitt aufweisen, und wobei der Wärmeübertragungsabschnitt eine längliche Querschnittsform aufweist und zwei gegenüberliegende längere Seiten und zwei gegenüberliegende kürzere Seiten umfasst, und wobei die Rippen zwischen den gegenüberliegenden längeren Seiten des Wärmeübertragungsabschnitts benachbarter Rohre angeordnet und durch vollmetallisch gebondete Verbindungen mit den benachbarten Rohren verbunden sind, wobei jedes Rohr an gegenüberliegen Enden der Rohre einen ersten Endabschnitt und einen zweiten Endabschnitt aufweist, und das Verfahren die Folgenden Schritte umfasst:
    Verbinden des ersten und des zweiten Endabschnitts beziehungsweise des ersten und des zweiten Kollektors, so dass die Matrix ausgelegt ist, Wärme zwischen einem externen Medium und einem Kühlmittel zu übertragen, welches durch die Rohre zwischen den Kollektoren befördert wird, wobei zumindest eines der Rohre an dem ersten Endabschnitt mit dem ersten Kollektor durch zumindest ein biegsames Element mechanisch angebunden ist, wobei sich das biegsame Element um den ersten Endabschnitt erstreckt, um gegenüber dem ersten Endabschnitt für das Kühlmittel, welches sich in dem Wärmeübertrager befindet, eine Abdichtung bereitzustellen, und um die relative Bewegung über die Länge des mechanisch angebundenen Rohrs zwischen dem ersten angebundenen Endabschnitt und dem ersten Kollektor aufgrund der thermischen Expansion und Kontraktion der Matrix zu ermöglichen.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers bereitgestellt, wobei der Wärmeübertrager eine vollmetallisch gebondete Matrix umfasst, und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
    Ausbilden eines ersten Kollektors, wobei der erste Kollektor eine erste Reihe von Durchbrüchen aufweist; Ausbilden eines zweiten Kollektors, wobei der zweite Kollektor eine zweite Reihe von Durchbrüchen aufweist; Ausbilden einer Vielzahl von Metalllangrohren, wobei jedes Rohr einen ersten Endabschnitt und einen zweiten Endabschnitt und eine Öffnung an beiden Endabschnitten aufweist, um ein Kühlmittel durch die Rohre von dem einen Kollektor zu dem anderen Kollektor zu befördern, und wobei jedes Rohr zwischen den Endabschnitten einen Wärmeübertragungsabschnitt aufweist, um Wärme an ein externes Medium zu übertragen, wobei der Wärmeübertragungsabschnitt eine längliche Querschnittsform aufweist und zwei gegenüberliegende längere Seiten und zwei gegenüberliegende kürzere Seiten aufweist; Ausbilden einer Vielzahl von Metallrippen; Ausrichten der Rohre und Rippen, so dass die Rohre im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind und sich die Rippen zwischen den gegenüberliegenden längeren Seiten benachbarter Rohrpaare erstrecken; Einsatz eines Wärme- und Fügeverfahrens zur Verbindung der ausgerichteten Rohre und Rippen, um eine vollmetallisch gebondete Matrix auszubilden, wobei die Matrix eine erste Stirnseite und eine zweite Stirnseite aufweist, so dass ein externes Medium die Matrix bei seinem Einsatz von der ersten Stirnseite zu der zweiten Stirnseite durchströmen kann, um die Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmittel, welches durch die Rohre befördert wird, und dem externen Medium zu realisieren; Ausrichten der ersten Rohrendabschnitte gegenüber der ersten Reihe von Durchbrüchen und Ausrichten der zweiten Endabschnitte gegenüber der zweiten Reihe von Durchbrüchen und Verbinden der Endabschnitte mit den entsprechend ausgerichteten Reihen von Durchbrüchen; und Aufnahme des ersten Endabschnitts in einem entsprechenden Durchbruch der ersten Reihe von Durchbrüchen mit zumindest einem Rohr und Verwendung eines biegsamen Elements zur Verbindung des Rohrs mit dem ersten Kollektor in einer mechanischen Verbindung zwischen dem ersten Endabschnitt des ersten Kollektors und dem entsprechenden Durchbruch, in welchem der erste Endabschnitt aufgenommen ist, wobei das biegsame Element um den ersten Endabschnitt für das Kühlmittel eine Abdichtung bereitstellt und eine relative Bewegung über die Länge des mechanisch angebundenen Rohrs zwischen dem verbundenen ersten Endabschnitt und dem ersten Kollektor aufgrund der thermischen Expansion und Kontraktion der Matrix ermöglicht.
  • Die längeren Seiten der Rohre erstrecken sich vorzugsweise zwischen der ersten Stirnseite und der zweiten Stirnseite der Matrix.
  • Optional kann zumindest ein Rohr an beiden Endabschnitten mit den entsprechenden Kollektoren durch eine vollmetallisch gebondete Verbindung in einem Wärme- und Fügeverfahren zwischen den Endabschnitten und den Kollektoren verbunden sein. Eine Vielzahl solcher Rohre kann an beiden Endabschnitten mit den entsprechenden Kollektoren durch eine vollmetallisch gebondete Verbindung in einem Wärme- und Fügeverfahren verbunden sein, in welchem Fall vorzugsweise zumindest ein mechanisch angebundenes Rohr zwischen den vollmetallisch gebondeten Rohren vorgesehen ist.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die Matrix zumindest eine Leiste umfassen, welche im Wesentlichen parallel zu den Rohren angeordnet ist, wobei die Leiste durch eine vollmetallisch gebondete Verbindung zwischen der Leiste und den Kollektoren mit beiden Kollektoren verbunden ist. In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist die Leiste eine Schutzleiste, zwischen welcher die Rohre aufgenommen sind.
  • Das Verfahren kann die folgenden Schritte umfassen: Ausbilden einer ersten Bodenplatte, wobei die erste Reihe von Durchbrüchen in der ersten Bodenplatte vorgesehen ist; Ausbilden einer zweiten Bodenplatte, wobei die zweite Reihe von Durchbrüchen in der zweiten Bodenplatte vorgesehen ist; Ausbilden einer ersten Kollektorabdeckung und Montieren der ersten Kollektorabdeckung an der ersten Bodenplatte zur Ausbildung des ersten Kollektors; und Ausbilden einer zweiten Kollektorabdeckung und Montieren der zweiten Kollektorabdeckung an der zweiten Bodenplatte zur Ausbildung des zweiten Kollektors.
  • Wenn die zweite Bodenplatte metallisch ist, kann das Verfahren den Schritt der Verbindung der Rohre an den zweiten Endabschnitten mit dem zweiten Kollektor durch eine vollmetallisch gebondete Verbindung in einem Wärme- und Fügeverfahren zwischen den zweiten Endabschnitten und dem zweiten Kollektor umfassen.
  • Das mechanisch angebundene Rohr weist im Allgemeinen eine Außenwand auf. Das Verfahren kann aus diesem Grund den Schritt des nach außen Aufdehnens der Wand in dem ersten Endabschnitt relativ zu der Wand in dem Wärmeübertragungsabschnitt umfassen. Auf diese Weise wird der Abdichtungsabschnitt des biegsamen Elements mit der aufgeweiteten Wand in dem Endabschnitt presskontaktiert, um die relative Bewegung des Rohrendabschnitts relativ zu der angebundenen Bodenplatte aufgrund der thermischen Expansion und Kontraktion der Matrix zu ermöglichen.
  • Vor der Aufweitung der Wand des Endabschnitts kann das Verfahren die Schritte des Einbringen des ersten Endabschnitts in einen entsprechenden Durchbruch umfassen, gegenüber welchen der erste Endabschnitt ausgerichtet ist, und Anordnen des biegsamen Elements zwischen dem eingebrachten Endabschnitt und dem ersten Kollektor, und dann Aufdehnen des entsprechenden Endabschnitts, so dass der erste Endabschnitt das biegsame Element zusammendrückt, um die Abdichtung um den aufgedehnten ersten Endabschnitt auszubilden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der erste Kollektor eine Wand auf, welche sich um jeden Durchbruch erstreckt, in welchem der erste Endabschnitt aufgenommen ist, und das Verfahren umfasst den Schritt der Aufweitung der Wand des Kollektors nach innen in Richtung des aufgenommenen ersten Endabschnitts, wodurch der Abdichtungsabschnitt des biegsamen Elements mit der aufgeweiteten Wand des ersten Kollektors um den Durchbruch presskontaktiert wird.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird nachfolgend lediglich beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen weiter erläutert, wobei:
  • 1 eine schematische Draufsicht auf eine montierte Baugruppe von Metallrohren und Metallrippen für eine Matrix zum Einsatz in einem Wärmeübertrager gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung vor dem Verlöten der Bauteile ist;
  • 2 eine schematische Darstellung der Bauteile gemäß 1 ist, welche durch einen temporären Rahmen zusammengehalten werden;
  • 3 eine schematische Perspektivdarstellung von einem Lötverfahren in kontrollierten Atmosphären (CAB-Verfahren) ist, welches zum Verlöten der Bauteile der Matrix gemäß 1 eingesetzt wird;
  • 4 eine Schnittdarstellung der verlöteten Matrix mit einer vergrößerten Teildarstellung ist, welche zeigt, wie eine metallische Kollektorbodenplatte mit einem innen eingepassten biegsamen Element an Endabschnitten der Matrixrohre in einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mechanisch angebunden ist;
  • 5 eine Schnittdarstellung von einem Teil der Matrix und der Kollektorbodenplatte nach der Verbindung mit den Enden der Matrixrohre ist, und zeigt, wie das biegsame Element Durchbrüche aufweist, welche die Rohrendabschnitte aufnehmen, so dass das biegsame Element zwischen der Kollektorbodenplatte und den Endabschnitten der Rohre angeordnet ist;
  • 6 eine Draufsicht entlang Richtung VI-VI gemäß 5 ist, und die Innenseite der Kollektorbodenplatte, des biegsamen Elements und der Rohrenden zeigt;
  • 7 die verbundene Kollektorbodenplatte und Matrix gemäß 5 zeigt, und wie ein Expansionswerkzeug in Längsrichtung zu den Rohrenden bewegt wird;
  • 8 zeigt, wie das Expansionswerkzeug eine Vielzahl von projektilspitzenähnlichen Vorsprüngen aufweist, welche in die Öffnungen von jedem Rohrendabschnitt eingepresst werden, um die Rohrwände nach außen um den vollen Umfang von jeder Öffnung zu verformen, und wie die biegsamen Elemente dadurch in dem Verfahren zur Ausbildung einer Abdichtung gegenüber den Rohrendabschnitten zusammengedrückt werden;
  • 9 und 10 zeigen, wie, nach dem Entfernen des Expansionswerkzeugs, eine Kollektorabdeckung mit der Kollektorbodenplatte verbunden ist, um die Montage des Wärmeübertragers in der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung fertigzustellen, wonach das Kühlmittel durch den Wärmeübertrager strömen kann;
  • 11 eine Schnittdarstellung von einem Teil von einer metallischen Kollektorbodenplatte und eines biegsamen Elements ist, welches an einer Außenfläche der Kollektorplatte befestigt ist, zum Einsatz in einem Wärmeübertrager gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
  • 12 die Kollektorbodenplatte und ein biegsamen Element gemäß 11 im montierten Zustand zeigt;
  • 13 eine Draufsicht auf die Außenfläche der Kollektorbodenplatte entlang Linie XIII-XIII gemäß 12 ist;
  • 14 zeigt, nachdem die Rohrendabschnitte der verlöteten Matrix durch die Durchbrüche in dem biegsamen Element eingebracht wurden, wie ein Expansionswerkzeug mit einer Vielzahl von projektilspitzenähnlichen Vorsprüngen in die Öffnungen von jedem Rohrendabschnitt als auch in die schalenförmigen Abschnitte der metallischen Kollektorbodenplatte an jeder Seite von jedem Rohrende eingepresst wird;
  • 15 eine Draufsicht auf die Innenseite der Kollektorbodenplatte ist, welche Innenteile des biegsamen Elements zeigt, welches an der Kollektorbodenplatte befestigt ist, entlang Linie XV-XV gemäß 14;
  • 16 und 17, ergänzend zu 14, in einer Schnittdarstellung zeigen, wie das Werkzeug eingesetzt wird, um die Öffnungen von jedem Rohrendabschnitt nach außen zu verformen, während gleichzeitig die schalenförmigen Abschnitte der metallischen Kollektorbodenplatte auf jeder Seite des Rohrendabschnitts verformt werden;
  • 18 eine Schnittdarstellung von einem Teil von einer Kollektorbodenplatte aus Kunststoffmaterial und einem biegsamen Element ist, welches an einer Innenfläche von der Kollektorbodenplatte befestigt werden soll, zum Einsatz in einem Wärmeübertrager gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
  • 19 die Kollektorbodenplatte und ein biegsames Element gemäß 12 im montierten Zustand zeigt;
  • 20 eine Schnittdarstellung von einem Teil der Kollektorbodenplatte aus Kunststoffmaterial und dem biegsamen Element gemäß 19 ist, nachdem die Rohrendabschnitte der verlöteten Matrix durch Durchbrüche in dem biegsamen Element eingebracht wurden, mit einem Expansionswerkzeug, welches zum Aufweiten der Rohrendabschnitte und zum Zusammendrücken des biegsamen Elements zur Ausbildung einer Abdichtung gegenüber den Rohrendabschnitten eingesetzt wird;
  • 21 eine Draufsicht auf die Innenseite der Kollektorbodenplatte aus Kunststoffmaterial ist, in welcher die Innenteile des biegsamen Elements, welches an der Kollektorbodenplatte befestigt ist, entlang Linie XXI-XXI gemäß 20 nach Entnahme des Expansionswerkzeugs dargestellt sind;
  • 22 eine Schnittdarstellung von einem Teil der verbundenen Matrix, der Kollektorbodenplatte aus Kunststoffmaterial und dem biegsamen Element gemäß 20 ist, und zeigt, wie die Kollektorabdeckung aus Kunststoffmaterial mit der Kollektorbodenplatte verbunden ist, um die Montage des Wärmeübertragers in der dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung fertigzustellen;
  • 23 eine Schnittdarstellung von einem Teil von einem Wärmeübertrager mit einem alternativen Kollektor gemäß 22 ist, in welcher die Kollektorabdeckung aus Kunststoffmaterial an der Kollektorbodenplatte festgeklemmt ist, um die Montage des Wärmeübertragers fertigzustellen.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Die 1 bis 3 zeigen die ersten Schritte bei der Herstellung einer zusammengefügten Baugruppe 7', umfassend eine Matrix 10 für einen Wärmeübertrager 100, wie in 10 und in weiteren Ausführungsformen der Erfindung dargestellt, welche nachfolgend im Detail erläutert werden sollen. Die Ausführungsformen beziehen sich auf einen Kraftfahrzeug-Wärmeübertrager, obwohl die Grundlagen der Erfindung auf andere Arten von Wärmeübertragern sowohl zu Kühlungs- als auch Erwärmungszwecken angewendet werden können.
  • Eine Vielzahl von länglichen, sich längs erstreckenden Metallrohren 2, welche in diesem Beispiel aus Aluminium hergestellt sind, werden zunächst voneinander beabstandet in paralleler Ausrichtung zu den Metallrippen 4, welche ebenfalls aus Aluminium hergestellt sind, in den Räumen 6 zwischen benachbarten Rohrpaaren montiert. Die Rohre 2 schließen somit gegenüberliegende obere und untere Seiten von jeder Rippe 4 ein, mit der optionalen Ausnahme der letzten oberen und unteren Rippen, welche an einer Seite durch ein schützendes, längliches, sich längs erstreckendes Bauteil gebondet sein können, bei welchem es sich in diesem Beispiel um eine feste Metallleiste 8 handelt, falls an diesen Stellen ein höherer mechanischer Schutz gewünscht ist. Obwohl die Zeichnungen die Abschlussleisten 8 in Form von festen Metallstäben zeigen, besteht eine Alternative darin, die Stäbe und benachbarten Rippen wegzulassen, in welchem Fall die Rohre 2 durch andere Bauteile in den unteren und oberen Bereichen nicht eingeschlossen werden.
  • 1 zeigt die Rohre 2, Rippen 4 und die Abschlussschutzleisten 8 vor dem Verlöten der Bauteile. Die Bauteile sind somit zunächst lose und unverbunden. Um diese Bauteile während der nachfolgenden Bearbeitung zusammenzuhalten, werden um die Bauteile ein Rahmen oder ein oder mehrere Bügel temporär platziert, um eine zusammengehaltene Baugruppe 7 auszubilden. Dies ist rein schematisch durch die bügelförmigen Linien 12 in 2 dargestellt.
  • Die auf diese Weise zusammengehaltenen Bauteile 2, 4 und 8 werden einem Wärme- und Fügeverfahren unterzogen, bei welchem es sich in diesem Beispiel um ein Lötverfahren in kontrollierten Atmosphären (CAB-Verfahren) 11, wie in 3 dargestellt, handelt. Dieses Verfahren ist ein herkömmliches Verfahren, welches dem Fachmann bekannt ist, und wird beispielsweise zur Herstellung von vollmetallischen Wärmeübertragern einschließlich Kollektoren oder Kollektorbodenplatten eingesetzt, welche mit den Enden der Rohre verbunden sind, und daher auf eine detaillierte Erläuterung verzichtet wird.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass in einigen Ausführungsformen der Erfindung optional ein Ende der Rohre 2 in einem Wärme- und Fügeverfahren an einem Metallkollektor befestigt sein kann, oder ein oder beide Enden der Rohre in einem Wärme- und Fügeverfahren mit einer entsprechenden metallischen Kollektorbodenplatte befestigt sein können. Diese Abschlussbauteile können an einer oder beiden Seiten der Baugruppe 7 vor dem Wärme- und Fügeverfahren befestigt sein, und werden dann mit der Matrix in dem selben Verfahren zusammengefügt, oder die Abschlussbauteile können mit einem Kollektor oder der Kollektorbodenplatte in einem gesonderten, nachfolgenden Verfahren zusammengefügt werden. In jedem Fall wird allerdings zumindest ein Rohrende an zumindest einer Seite nicht verbunden, sondern verbleibt separiert und wird dann mit einer biegsamen mechanischen Verbindung angebunden, welche nachfolgend detaillierter erläutert werden soll.
  • 3 zeigt somit den Umriss derartiger Kollektoren oder Kollektorbodenplatten, welche auf einem sich bewegenden Förderband angeordnet sind, es soll allerdings erkannt werden, dass 3 eine rein schematische Darstellung ist und dass das Wärme- und Fügeverfahren das gleiche ist, wenn nur ein oder auch kein Kollektor, beziehungsweise Kollektorbodenplatte, vorhanden sind.
  • In dem Fall, wenn zumindest ein Kollektor oder eine Kollektorbodenplatte in das Wärme- und Fügeverfahren eingebunden ist, wird zumindest ein längliches, sich längs erstreckendes Bauteil, entweder die Schutzleiste 8 oder die Rohrendabschnitte 14, 14' an dem oder den Rohrenden 13, 13' mit dem Kollektor zusammengefügt, so dass eine Metall/Metall-Verbindung hergestellt wird. Zumindest eines der verbleibenden Rohrenden an einem oder beiden Kollektoren wird dann allerdings in dem Wärme- und Fügeverfahren nicht verbunden, und diese freien Rohrenden werden dann in einem nachfolgenden Verarbeitungsschritt an den entsprechenden Kollektor in einer der beiden im Nachfolgenden detaillierter beschriebenen Weisen mechanisch angebunden.
  • Am Ende des CAB-Verfahrens 11 werden die Rohre 2, die Rippen 4 und optional die Metallschutzleisten 8 mit dem Metall von jedem Bauteil zusammengefügt, so dass diese sich nahtlos zu dem Metall der benachbarten, kontaktierten Bauteile erstrecken. In ähnlicher Weise, wenn einer oder beide Kollektoren vorhanden sind, werden zumindest einige der Rohrenden mit entsprechenden Durchbrüchen in jedem Kollektor oder jeder Kollektorbodenplatte zusammengefügt, wobei allerdings zumindest ein Rohrende frei von einem entsprechenden Durchbruch verbleibt. In dem Wärme- und Fügeverfahren kann die Ausbildung einer Metall/Metall-Verbindung an einem Rohrende verhindert werden, indem ein hinreichend großer Spalt, beispielsweise ein Spalt mit einer Größe von zumindest 1 mm, zu einer beliebigen benachbarten Fläche des Kollektors bereitgestellt ist.
  • Die 4 bis 22 beziehen sich insbesondere auf den Fall, wenn in dem gleichen Verfahren, welches zum Zusammenfügen der Matrix 10 verwendet wird, an den Rohrenden kein Kollektor oder keine Bodenplatte angefügt ist, so dass alle Verbindungen mit den Rohren mechanisch hergestellt werden müssen. Die Metallleisten 8 werden allerdings in einem nachfolgenden Wärme- und Fügeverfahren mit einer Außenfläche von einer Kollektorbodenplatte 20 verbunden, um die mechanische Festigkeit an gegenüberliegenden oberen und unteren Enden 17, 17' des Wärmeübertragers 100 bereitzustellen.
  • 4 zeigt demnach die zusammengefügte Baugruppe 7' gemäß 3, welche nur die Matrix 10 umfasst. In diesem Beispiel weist jedes Rohr 2 zunächst sich frei erstreckende gegenüberliegende Längsenden 13, 13' auf. Jeder Rohrendabschnitt 14, 14' ist parallel zu den anderen Rohrendabschnitten auf jeder gegenüberliegenden linken und rechten Stirnseite 16, 16' der Matrix 10 ausgerichtet. Die Rippen 4 erstrecken sich über einen mittleren Wärmeübertragungsabschnitt 15 der Rohre, welcher kurz vor den Rohrendabschnitten 14, 14' endet, so dass sich die Rohrendabschnitte frei zu den Seiten des Wärmeübertragungsabschnitts und der Rippen erstrecken.
  • Ein Kollektor oder eine Kollektorbodenplatte wird dann an die Rohrendabschnitte 14, 14' auf beiden Stirnseiten 16, 16' der Matrix 10 mechanisch angebunden. Wenn nur ein Kollektor oder eine Kollektorbodenplatte in dem CAB-Verfahren vollständig mit der Matrix zusammengefügt wird, beinhaltet das Verfahren die mechanische Anbindung von einem oder mehreren Rohren an dem anderen Kollektor bzw. der anderen Kollektorplatte auf der anderen Seite der Matrix.
  • In diesem Beispiel werden zwei Kollektorbodenplatten, wobei nur eine Kollektorplatte 20 gezeigt ist, mit einem blechartigen biegsamen Element 22 zusammengefügt und in Längsrichtung 24 zu dem entsprechenden Rohrendabschnitt 14 bewegt. Das biegsame Element weist einen flachen Bodenabschnitt 21 und eine Vielzahl von vorstehenden Abschnitten 36 auf, welche sich jeweils von dem Bodenabschnitt 21 weg erstrecken. Das biegsame Element 22 ist elastisch und somit flexibel zusammendrückbar, und beispielsweise aus einem synthetischen Kautschukmaterial gefertigt. 5 zeigt die Anordnung im montierten Zustand und 6 zeigt eine Innenseitenendansicht der Kollektorplatte 20, das biegsame Element 22 und eine Rohrendfläche 26 des Rohrendes 13.
  • In diesem Beispiel sind die Rohre 2 aus Aluminium gefertigt und weisen einen einzelnen sich längs erstreckenden Kanal 28 auf. Obwohl dies nicht dargestellt ist, soll vom Fachmann erkannt werden, dass derartige Rohre auch gefaltet sein können und einen oder mehrere zusätzliche Kanäle aufweisen können. Ein Faltrohr mit zwei nebeneinander angeordneten Kanälen wird aufgrund seiner Querschnittsform längs zu einer Längsachse 29 des Rohrs 10 häufig als „B-Rohr” bezeichnet. Faltrohre bieten gegenüber Rohren mit einem einzelnen Kanal eine erhöhte Festigkeit und ermöglichen gleichzeitig die Verwendung von dünneren und leichteren Materialien bei ihrer Herstellung. Einzelkanalrohre sind für aufgeweitete Enden und zur Abdichtung mit einem biegsamen Element, wie nachfolgend im Detail erläutert werden soll, allerdings besser geeignet.
  • Die Rohre 2 und die Abschlussleisten 8 sind typischerweise aus einem Blechmaterial, beispielsweise Aluminium, hergestellt. In dem Fall der Rohre werden zwei gegenüberliegende Kanten des Metallbleches zusammengeführt, um über die Länge des Rohrs 2 eine Naht auszubilden, wobei diese Naht anschließend zur Versiegelung des Rohrs 2 verlötet wird. Die Rippen 4 sind ebenfalls typischerweise aus einem Metallblech, beispielsweise Aluminium, hergestellt, und in diesem Beispiel ist jede Rippe 4 im Zickzack- oder Dreieck-Muster gefaltet.
  • Wie aus einem Vergleich der 4 und 6 hervorgeht, ist der Wärmeübertragungsabschnitt 15 von jedem Rohr 2 im Allgemeinen abgeflacht, so dass dieser eine erste, weitere oder breitere Dimensionierung 31 und eine zweite, dünnere oder schmalere Dimensionierung 32 aufweist. Insbesondere umfasst eine Außenwand 33 des Wärmeübertragungsabschnittes 15 des Rohrs gegenüberliegende im Allgemeinen ebene, breite Abschnitte oder Seiten 34 und gegenüberliegende, im Allgemeinen gebogene, schmale Abschnitte oder Seiten 35, welche sich zwischen den breiten Seiten erstrecken. Das Rohr 2 ist abgeflacht, so dass die Naht (nicht dargestellt) so verläuft, dass sie sich über die schmaleren Abmessungen 32 des Rohrs 2 erstreckt. Der Wärmeübertragungsabschnitt 15 weist aus diesem Grund in einer horizontalen Ebene, welche sich quer zur Länge von jedem Rohr 2 erstreckt, eine längliche Querschnittsform auf.
  • Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird der Begriff „flach” oder „abgeflacht” in Bezug auf ein Objekt mit einer breiten, dünnen Form verwendet, d. h. ein Objekt mit einer relativ breiten Fläche gegenüber einer Dicke oder Tiefe.
  • Wie in den 9 und 10 dargestellt, erstreckt sich die Vielzahl der Rohre 2 zwischen einem ersten Kollektor 41 und einem zweiten Kollektor 42 zur Beförderung eines Wärmeübertragungsfluids oder Kühlmittels 40 zwischen den Kollektoren. Die Rohre 2 sind über die Höhe des Wärmeübertragers 100 seitlich voneinander beabstandet und die Spalte 6, in denen die Rippen gebondet sind, sind zwischen gegenüberliegenden breiten Abschnitten 34 der Außenwände 33 benachbarter Rohrpaare 2 definiert.
  • Typischerweise strömt beim Gebrauch ein erwärmtes Kühlmittel 40 durch die Rohre 2 und ein Kühlmittel-Fluid, beispielsweise Luft, strömt durch die Spalte oder Löcher in der Matrix 10. Wärmeenergie von dem Kühlmittel wird zu den Wänden 33 der Rohre 2 und dann in die Rippen 4 übertragen, und die Wärmeenergie wird dann von den Außenflächen der Rohre 2 und Rippen 4 durch Unterstützung der Strömung des Kühlmittel-Fluids oder der Luft abgestrahlt. Die abgeflachte Form der Rohre 2 maximiert ihre Fläche gegenüber dem Volumenverhältnis, wodurch die Effizienz des Wärmeübertragers 100 erhöht und gleichzeitig Festigkeit und physischer Schutz für die Rippen 4 bereitgestellt ist, welche im Wesentlichen bündig mit den zwei gegenüberliegenden kürzeren Seiten 35 des Wärmeübertragungsabschnitts 15 des Rohrs 2 auf gegenüberliegenden Vorder- und Rückseiten der Matrix 10 angeordnet sind.
  • Beim Betrieb des Wärmeübertragers 100 unterliegt die Matrix 10 einem Wärmekreislauf (Anstieg und Abfall der Temperatur der Wärmeübertragerbauteile), welcher typischerweise ungleichmäßig ist und somit zu ungleichmäßigen Druckbelastungen aufgrund der thermischen Expansion führt. Benachbarte Rohre können sich in unterschiedlichen Graden aufweiten, so dass auf die Rohre 2 durch benachbarte Rohre axiale Belastungen ausgeübt werden. Dies ist kein Problem innerhalb der Matrix, welche mechanisch robust ist, kann aber zum Ausfall führen, wenn beide Kollektoren mit einem metallischen Kollektor oder einer Kollektorplatte verlötet werden. Solche Kollektor/Rohrverbindungen sind somit aufgrund der Druckkonzentrationen, welche entlang der Kollektor/Rohrverbindung auftreten, ausfallanfällig, wobei der Ausfall am häufigsten an der Schnittstelle zwischen den gebogenen schmalen Abschnitten 35 des Rohrs und der Kollektorbodenplatte auftritt.
  • Die vorliegende Erfindung befasst sich mit diesem Problem, indem entlang zumindest einem Kollektor, und vorzugsweise beiden Kollektoren, eine oder mehrere mechanische Verbindungen zwischen den Rohren und Kollektoren bereitgestellt ist bzw. sind, welche einen gewissen Längsbewegungsgrad für diese Rohre ermöglichen, welche mechanisch angebunden sind, während gegen den Austritt von Kühlmittel eine zuverlässige Abdichtung aufrechterhalten wird.
  • In der ersten Ausführungsform gemäß 4 bis 10 weist das biegsame Element 22 einen oder mehrere Ränder oder Lippen 36 auf, welche sich jeweils durch die Bodenplatte 20 in Kontakt mit einer Kante 37 von einer Vielzahl von Durchbrüchen 38 in der Bodenplatte 20 erstrecken. Jeder Rand beziehungsweise jede Lippe 36 stellt somit einen Abdichtungsabschnitt des biegsamen Elements 22 zwischen jedem Rohrendabschnitt 14, 14' und der Bodenplatte 20 bereit.
  • Obwohl die Zeichnungen das biegsame Element 22 im montierten Zustand mit der Bodenplatte 20 vor dem Einbringen der Rohrendabschnitte 14, 14' in die entsprechenden Bodenplattendurchbrüche 38 zeigen, und bevor die oberen und unteren Abschlussleisten 8 an einer Naht 23 mit einer Außenfläche der Bodenplatte verlötet wurden, soll erkannt werden, dass es die Elastizität des biegsamen Elements 22 ermöglicht, dass die vorstehenden Ränder 36 des biegsamen Elements 22 zwischen den Rohrendabschnitten 14, 14' und den Bodenplattendurchbrüchen 38 nach Montage der Matrix 10 an der Kollektorbodenplatte 20 und nach dem Anfügen der Abschlussleisten 8 an der Bodenplatte 20 eingesetzt werden können.
  • Das biegsame Element 22 wird dann zwischen gegenüberliegenden Flächen von jedem Rohrendabschnitt 14, 14' und dem entsprechenden Durchbruch 38 in der Bodenplatte 20 gehalten. In jedem Rand 36 des biegsamen Elements 22 befindet sich ein Durchbruch 39, welcher mit dem Profil des Rohrendabschnitts 14 übereinstimmt, so dass jeder Rohrendabschnitt 14 in einen entsprechenden Durchbruch 38 in dem biegsamen Element 22, wie in 5 dargestellt, hineingleiten kann.
  • Wie in den 7 und 8 dargestellt, wird ein Expansionswerkzeug 50 mit einer Vielzahl von sich verjüngenden Nasen 52 anschließend in Längsrichtung 54 zu dem korrespondierendem Rohrendabschnitt 14 bewegt und dann in die Öffnungen 55 an jedem Rohrendabschnitt 13 eingepresst. Dies führt dazu, dass die Rohraußenwand 33 aufgeweitet wird, um sich der Form der Werkzeugnase 52 anzupassen. Die breiten Abschnitte 34 der Rohrwand werden nach außen aufgeweitet. In diesem Beispiel werden auch die gegenüberliegenden schmalen Abschnitte 35 nach außen aufgeweitet, wenn sich die breiten Abschnitte 34 auseinander bewegen. Dadurch ergibt sich ein aufgeweiteter Rohrendabschnitt 44 mit einem sich verjüngenden Abschnitt 56, in welchem der Querschnitt schrittweise aufgeweitet wird, und ein hinterer gerader Abschnitt 57, in welchem der Querschnitt gleichmäßig ist. Auf diese Weise wird der Abdichtungsabschnitt 36 des biegsamen Elements 22 zusammengedrückt oder zwischen dem aufgeweiteten Rohrendabschnitt 44 und dem Bodenplattendurchbruchabschnitt 37 eingespannt.
  • Der gleichmäßige Querschnitt ist mit dem biegsamen Element 22 kontaktiert, welches in diesem Vorgang zusammengedrückt wird, um mit dem aufgeweiteten Rohrendabschnitt 44 einen engen Kontakt herzustellen. Die Länge des letzten geraden Abschnitts 57 ist ausreichend groß, so dass dieser gerade Abschnitt mit dem Durchbruch 39 des Rands des biegsamen Elements 36 während der relativen Längsbewegung des aufgeweiteten Rohrendabschnitts 44 und dem Kollektor oder der Kollektorbodenplatte 20 aufgrund des Wärmekreislaufs des montierten Wärmeübertragers 100 in Kontakt verbleibt.
  • Wenn sich die Rohre 2 längs aufweiten oder zusammenziehen, ermöglicht das biegsame Element 22 einen gewissen Bewegungsgrad, vorzugsweise alleine durch die Biegung, obwohl in einigen Ausführungsformen ein gewisser Verrutschungsgrad möglich ist, so lange die Form des biegsamen Elements derart ausgestaltet ist, dass sich dieses im Laufe der Zeit nicht freiarbeiten kann. In dieser Hinsicht, obwohl dies nicht dargestellt ist, kann jede Durchbruchskante 37 in einer Nut in einer Außenfläche der Lippe oder dem Rand des biegsamen Elements 22 platziert sein, welches somit Nutwandungen aufweist, welche sowohl die Außen- als auch die Innenseiten der Bodenplatte 20 um die Durchbruchskante 37 kontaktieren.
  • Die Montage von jedem Kollektor 41, 42 wird durch die Anfügung einer Kollektorabdeckung 58 an die Kollektorbodenplatte 20 fertiggestellt. Die Kollektorabdeckung 58 kann aus einem Metall oder einem Polymer hergestellt sein und kann mit der Bodenplatte 20 über eine Naht 59 durch herkömmliche Mittel, beispielsweise Kleben, Klemmen oder Schweißen, verbunden sein. In diesem Beispiel weist das biegsame Element 22 einen Umfangsrand 61 auf, welcher sich um die Innenseite von einem längs vorstehenden Rand 62 der Kollektorplatte erstreckt. Der Rand 61 des biegsamen Elements wird bei dem Verbindungsvorgang der Abdeckung 58 durch eine umlaufende Lippe 63 der Abdeckung zusammengedrückt, um die Abdichtung zu realisieren. Dadurch wird auch der Vorteil bereitgestellt, dass das biegsame Element 22 ortsfest gesichert werden kann, so dass es nicht seitlich verrutscht.
  • In dem Fall, wenn einige, aber nicht alle Rohrenden 13 an dem Kollektor oder der Kollektorbodenplatte 20 in dem Wärme- und Fügeverfahren 11 oder danach angefügt werden sollen, werden die Rohrenden, welche angefügt werden sollen, im Wesentlichen in Kontakt mit den Kanten von einem Durchbruch platziert (d. h. in Kontakt mit oder getrennt mit einem Abstand von vorzugsweise nicht mehr als etwa 0,1 mm). Die Durchbruchskante weist dann kleinere Abmessungen auf, wobei die Rohrwand 33 an der Rohrendfläche 26 die Durchbruchskante überschneidet. Jeder Durchbruch ist somit gegenüber den gezeigten Durchbrüchen entsprechend größenmäßig verkleinert, um mit den Abmessungen der Öffnung 55 an dem Rohrende übereinzustimmen. In dem Fall von einem Durchbruch, bei welchem kein Anfügen des Metalls erfolgt, sind die Bodenplattendurchbrüche 37 so wie in den Zeichnungen dargestellt dimensioniert, so dass die Rohrenden 13 an diesen Durchbrüchen frei bleiben. Solche Rohrenden können optional länger sein als die anzufügenden Rohrenden, so dass die freien Rohrenden 13 durch jeden Bodenplattendurchbruch um den in 7 dargestellten Grad hindurch ragen, während die angefügten Rohrenden mit einer kürzeren Länge abschließen können, ähnlich der Länge der Schutzleiste 8, wo diese mit dem Metall der Kollektorbodenplatte verbunden werden. Jedes freie Rohrende wird dann mit einem deutlichen Spalt zwischen dem Rohrende und dem entsprechenden Durchbruch positioniert. Das biegsame Element 22 wird dann über die Rohrenden 13 in diesen Spalt eingebracht, wonach die Rohrenden durch ein wie vorangehend beschriebenes Werkzeug aufgeweitet werden, um das biegsame Element festzuklemmen.
  • Obwohl sich die vorangehende Beschreibung auf eine Baugruppe mit einem Einzelbauteil zur Bereitstellung des biegsamen Elements zur Abdichtung jedes Rohrendabschnitts bezieht, können mehrere, physisch voneinander getrennte biegsame Elemente vorgesehen sein, welche sich jeweils um den Umfang von jedem Bodenplattendurchbruch erstrecken. Diese Ausführungsform, in welcher einige, allerdings nicht alle, Rohrenden 13 an den Kollektor oder die Kollektorbodenplatte angefügt werden sollen, ist für separate biegsame Elemente geeignet, wobei jeweils ein biegsames Element für jeden abzudichtenden aufgeweiteten Rohrendabschnitt 44 vorgesehen ist.
  • Aus diesem Grund bezieht sich die Erfindung auf den Fall, bei welchem eine Kombination aus metallisch angefügten Verbindungen und mechanischen Verbindungen über einen oder beide Kollektoren vorliegt. Eine solche Anordnung kann gewünscht sein, da angefügte Metall/Metall-Verbindungen im Allgemeinen im Vergleich zu mechanischen Verbindungen in einem Herstellungsverfahren kostengünstiger realisierbar sind. In der Praxis hat sich gezeigt, dass nicht alle Metall/Metall-Verbindungen zwischen Rohrenden und den entsprechenden Kollektoren oder Kollektorbodenplatten aufgrund von Wärmebelastungen gleichermaßen ausfallanfällig sind.
  • Als Beispiel hierfür weist in 10 einer der Kollektoren 41 eine innere Trennwand 65 auf, welche den Kollektor in eine Einlassseite und eine Auslassseite trennt. Relativ wärmeres Kühlmittel 40 strömt somit aus einem Einlasskanal 43 in die Einlasseite des Kollektors und hinein in eine erste Reihe von Rohren, und ein relativ kühleres Kühlmittel strömt in eine direkt benachbarte zweite Reihe von Rohren in Richtung der Auslassseite des Kollektors und einen Auslasskanal 45. In dieser Anordnung sind die beiden Verbindungen mit der höchsten Ausfallwahrscheinlichkeit die Verbindungen, welche mit dem ersten Kollektor 41 verbunden sind, welcher am nächsten auf jeder Seite der inneren Trennwand 65 angeordnet ist, da an dieser Stelle der größte Temperaturunterschied zwischen benachbarten Rohren vorliegt. Aus diesem Grund besteht gemäß diesem Beispiel der größte Vorteil der Erfindung für minimale Herstellungskosten in der Bereitstellung mechanischer Verbindungen lediglich für die beiden Rohre, welche auf jeder Seite der Trennwand 65 verbunden sind, welche andernfalls den größten Belastungen ausgesetzt wären, während die verbleibenden Rohre in einer angefügten Metall/Metall-Verbindung verbleiben.
  • Die spezielle Wahl der Rohre, welche mechanische Verbindungen aufweisen sollten, hängt somit von dem speziellen Design und der Verwendung des Wärmeübertragers 100 ab.
  • Wenn keine Abschlussleisten 8 mit den Kollektoren oder Kollektorbodenplatten verbunden sind, besteht ein besonderer Vorteil in der Bereitstellung von zumindest den beiden äußersten Rohren an gegenüberliegenden oberen und unteren Enden der Rohranordnung mit einer angefügten Metall/Metall-Verbindung mit den Kollektoren oder Kollektorbodenplatten, wodurch eine feste Verbindung bereitgestellt ist und das Auseinanderarbeiten von eingreifenden mechanischen Verbindungen verhindert wird.
  • Die 10 bis 17 zeigen eine zweite Ausführungsform der Erfindung, in welcher Merkmale gezeigt sind, welche ähnlich oder gleich den Merkmalen der vorangehend beschriebenen ersten Ausführungsform sind, und welche unter Verwendung von um Hundert erhöhten Bezugszeichen angegeben sind.
  • Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in zwei wesentlichen Aspekten. Zunächst wird das biegsame Element 122 an der Bodenplatte 120 von der gegenüberliegenden Seite zusammengebaut, d. h. von der Außenseite der Bodenplatte 120 gegenüberliegend der Matrix 110. Wie in der ersten Ausführungsform stellt das biegsame Element 122 Durchbrüche 139 bereit, welche mit dem Profil des Rohrendabschnitts 114 übereinstimmen, so dass jeder Rohrendabschnitt 114 in einen entsprechenden Durchbruch 139 in dem biegsamen Element 122 hineingleiten kann. Das biegsame Element 122 muss somit nicht an der Bodenplatte 120 montiert werden, bevor die Rohrendabschnitte 114 in die entsprechenden Durchbrüche 138 in der Bodenplatte 120 eingebracht sind, und bevor die Schutzleiste 108 an die Außenseite der Kollektorbodenplatte 120 angefügt ist.
  • Der zweite wesentliche Unterschied besteht darin, dass jeder in der Bodenplatte 120 vorgesehene Durchbruch 138 durch eine Wand 70 begrenzt ist, welche die Kante 137 für jeden Durchbruch 138 bereitstellt, und welche sich parallel zur Rohrachse 129 erstreckt, um die U-förmigen Abschnitte zwischen jedem Durchbruch 138 auszubilden. Das biegsame Element 122 weist einen Bodenabschnitt 121 in Kontakt mit der Außenfläche der Kollektorplatte und eine Vielzahl von vorstehenden Abschnitten 136 auf, welche sich von der Bodenplatte 121 weg und parallel zur Rohrachse 129 mit einer größeren Länge relativ zu den vorstehenden Abschnitten 36 der ersten Ausführungsform erstrecken. Die vorstehenden Abschnitte 136 stellen die Abdichtungsabschnitte des biegsamen Elements 122 bereit.
  • Die Wirkung dieser Veränderungen besteht darin, den Oberflächenkontaktbereich des Abdichtungsabschnitts 136 des biegsamen Elements gegenüber dem entsprechenden Rohrendabschnitt 114 und der Durchbruchskante 137 zu erhöhen. Dies ist hilfreich, da die Platzierung des biegsamen Elements 122 in dieser Konfiguration äußeren Kräften von dem Kühlmittel standhalten muss, welches im Allgemeinen in einer druckbeaufschlagten Zirkulationsschleife zirkuliert.
  • In dieser Ausführungsform besteht die Bodenplatte 120 aus Metall, so dass die Durchbruchskanten 137 durch das Werkzeug 150 verformt werden können. Wie in den 14, 16 und 18 gezeigt, verbessert die Erfindung weiterhin die Platzierung des biegsamen Elements 122 durch das Festklemmen sowohl der Rohrendabschnitte 144 als auch der Wände 70, um die Abdichtungsabschnitte des biegsamen Elements 122 von gegenüberliegenden Seiten zusammenzudrücken.
  • Ein Expansionswerkzeug 150 mit zwei verschiedenen Arten von sich verjüngenden Nasen, wobei die eine Nasenart 152 für die Rohrendöffnungen 155 und die andere Nasenart 152' für die Durchbruchswände 70 der Bodenplatten vorgesehen ist, wird dann in Längsrichtung 154 zu den entsprechenden Rohrendabschnitten 144 bewegt und dann in die Öffnungen 155 an jedem Endrohrabschnitt 113 hinein gepresst. Dadurch wird bewirkt, dass die Rohraußenwand 133 aufgeweitet wird, um sich der Form des entsprechenden Werkzeugnasentyps 152 anzupassen. Gleichzeitig bewirkt der andere Werkzeugnasentyp 152', dass die Durchbruchswände 70 in Richtung der benachbarten Rohrendabschnitte 114 umgelenkt werden. Obwohl dies in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, findet dieser Vorgang um den gesamten Umfang von jedem Bodenplattendurchbruch 138 statt. Auf diese Weise wird der Abdichtungsabschnitt 136 aus Synthetikkautschuk des biegsamen Elements 122 zusammengedrückt oder zwischen dem aufgeweiteten Rohrendabschnitt 114 und der Durchbruchskante 137 der Bodenplatte festgeklemmt.
  • Die breiten Abschnitte 134 der Rohrwand werden nach außen aufgeweitet. In diesem Beispiel werden die gegenüberliegenden schmalen Abschnitte 135 ebenfalls nach außen aufgeweitet, indem sich die breiten Abschnitte voneinander weg bewegen. Dadurch wird ein aufgeweiteter Rohrendabschnitt 114 ausgebildet, welcher einen sich verjüngenden Abschnitt 156 aufweist, welcher sich bis hin zu dem Rohrende 113 erstreckt, in welchem der Querschnitt aufgeweitet ist. Wenn sich die Rohre 102 aufweiten oder in Längsrichtung zusammenziehen, ermöglicht das biegsame Element 122 allein durch die Biegung einen gewissen Bewegungsgrad.
  • Obwohl dies nicht dargestellt ist, wird die Montage des Kollektors durch die Anfügung einer Kollektorabdeckung an der Kollektorbodenplatte in der gleichen Weise wie in der ersten Ausführungsform fertiggestellt.
  • Die Erfindung ist gleichfalls für Kollektoren und Kollektorbodenplatten einsetzbar, welche aus einem Polymermaterial hergestellt sind, wobei in dem vorliegenden Fall jedoch keine zusammengefügten Metall-Metall-Verbindungen vorhanden sind. Eine mechanische Verbindung mit einem Polymerkollektor kann in der gleichen wie vorangehend beschriebenen Weise erfolgen, wobei Polymermaterialien allerdings andere Weisen bereitstellen, in welchen der Rohrendabschnitt in einer biegsamen Kantenabdichtung zusammendrückbar platziert werden kann.
  • Die 18 bis 22 zeigen eine dritte Ausführungsform der Erfindung und 23 zeigt eine Variante dieser Ausführungsform, in welcher Merkmale ähnlich oder gleich den Merkmalen der ersten vorangehend beschriebenen Ausführungsform dargestellt sind, welche durch um 200 erhöhte Bezugszeichen angegeben sind.
  • Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform hauptsächlich darin, dass der Kollektor eine Bodenplatte 220 aus einem Polymermaterial und eine Abdeckung 258 aus einem Polymermaterial aufweist. Wie in der ersten Ausführungsform ist das biegsame Element 222 aus Synthetikkautschuk in der Kollektorplatte platziert und weist einen Bodenabschnitt 221 in Kontakt mit der Innenfläche der Kollektorplatte und eine Vielzahl von vorstehenden Abschnitten 236 auf, welche sich weg von dem Bodenabschnitt parallel zur Rohrachse 229 erstrecken.
  • Da die Bodenplatte 220 in einem bekannten Spritzgießverfahren ausgebildet wird, kann die Bodenplatte 220 in einfacher Weise mit variierenden Wanddicken vorgesehen sein, so dass die Bodenplatte 220 einen Abschnitt 72 mit einem trapezförmigen oder pfeilspitzenförmigen Querschnitt zwischen jedem Bodenplattendurchbruch 238 aufweist, und welcher sich um die Enden von jedem Durchbruch und um die beiden äußersten Durchbrüche in Form von zwei abgewinkelten Wandflächen erstreckt, wobei eine Wandfläche 73 parallel zur Rohrachse 229 liegt und die andere Wandfläche 74 von dem Durchbruch 238 und der Rohrachse 229 abgewinkelt ist. Das biegsame Element 222 weist eine umgekehrte Form auf, so dass dieses mit den zwei abgewinkelten Wandflächen 73, 74 vollständig kontaktiert wird. Die vorstehenden Abschnitte 236 des biegsamen Elements 222 weisen somit eine größere Länge relativ zu den vorstehenden Abschnitten 36 der ersten Ausführungsform auf, um mit den zwei abgewinkelten Wandflächen 73, 74 vollständig in Eingriff zu gelangen.
  • Wie in der ersten Ausführungsform stellt das biegsame Element 222 Durchbrüche 239 bereit, welche mit dem Profil des Rohrendabschnitts 214 übereinstimmen, so dass jeder Rohrendabschnitt 214 in einen entsprechenden Durchbruch 239 in dem biegsamen Element 222 hineingleiten kann. Nach Einbringung der Rohrendabschnitte 214 in die Durchbrüche 239 wird ein Expansionswerkzeug 250 mit einer Vielzahl von sich verjüngenden Nasen 252 in die Rohröffnungen 255 eingesetzt, um die Rohrendabschnitte aufzuweiten. Dadurch wird bewirkt, dass die Rohraußenwand 233 aufgeweitet wird, so dass diese mit der Form der Werkzeugnasen 252 um den gesamten Umfang von jedem Bodenplattendurchbruch 238 übereinstimmt. Auf diese Weise wird der Abdichtungsabschnitt 236 des biegsamen Elements 222 zwischen dem aufgeweiteten Rohrendabschnitt 244 und den zwei abgewinkelten Wandflächen 73, 74 zusammengedrückt oder festgeklemmt, welche die Durchbruchskante 237 der Bodenplatte definieren.
  • Die beiten Abschnitte 234 der Rohrwand werden nach außen aufgeweitet. In diesem Beispiel werden auch die gegenüberliegenden schmalen Abschnitte 235 nach außen aufgeweitet, indem sich die breiten Abschnitte 234 auseinander bewegen. Dadurch wird ein aufgeweiteter Rohrendabschnitt 244 hergestellt, welcher einen sich verjüngenden Abschnitt 256 aufweist, welcher sich bis hin zu dem Rohrende 213 erstreckt, in welchem der Querschnitt aufgeweitet ist. Wenn sich die Rohre 202 in Längsrichtung aufweiten oder zusammenziehen, ermöglicht das biegsame Element 222 allein durch die Biegung einen gewissen Bewegungsgrad.
  • Die Montage von jedem Kollektor 241 wird durch das Anfügen einer Kollektorabdeckung 258 an die Kollektorbodenplatte 220 fertiggestellt. Die 22 und 23 zeigen zwei Weisen, in welchen dieser Vorgang vollzogen werden kann.
  • In 22 weist die Abdeckung 258 eine umlaufende Lippe 263 mit einer Nut 76 auf, in welche ein in Längsrichtung vorstehenden Rand 262 der Bodenplatte einpassbar ist. Die Abdeckung aus Polymermaterial kann dann mit der Bodenplatte aus Polymermaterial durch Vibrationsschweißen oder Verkleben verbunden werden.
  • In 23 weist das biegsame Element 222' die gleiche Form auf wie das biegsame Element in 22, ist allerdings seitlich verlängert, um den Bodenplattenrand 262' zu erreichen. Dieser Bodenplattenrand 262' weist um seinen Außenumfang eine Reihe von seitlich nach außen vorstehenden Anschlägen auf, wobei ein solcher Anschlag 77 im Querschnitt dargestellt ist. Jeder Anschlag 77 gelangt mit einem Vorsprung 78 an dem Ende von einer offenen Aussparung 79 in der Abdeckung 258' in einrastenden Eingriff. Bei diesem Vorgang wird eine umlaufende Lippe 263' von der Abdeckung 258' in den Bodenplattenrand 262' eingebracht. Das biegsame Element 222' weist einen Umfangsrand 261 auf, welcher sich um die Innenseite von dem in Längsrichtung vorstehenden Rand 262' der Kollektorbodenplatte erstreckt. Der Rand 261 des biegsamen Elements wird bei der Verbindung der Abdeckung 258' durch die umlaufende Lippe 263' der Abdeckung zusammengedrückt, um die Abdichtung zu realisieren. Dadurch wird gleichzeitig der Vorteil der ortsfesten Sicherung des biegsamen Elements bereitgestellt, so dass dieses nicht seitlich verrutscht.
  • Wenn es sich bei dem Kollektor um einen Polymerkollektor handelt, wie in den 22 und 23 dargestellt, ist zwischen der vollmetallischen Matrix und dem Polymerkollektor keine Verbindung bereitgestellt, welche unter Verwendung eines Wärme- und Fügeverfahrens ausgebildet ist. Aus diesem Grund, wie in den 22 und 23 dargestellt, wird bei Vorhandensein einer Leiste 208, welche sich über die Matrix zwischen den Kollektoren erstreckt, diese nicht mit den Kollektoren verbunden.
  • Die in den verschiedenen vorangehend beschriebenen Ausführungsformen erläuterten biegsamen Elemente sind vorzugsweise aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) hergestellt. Alternativ kann ein Silikon-Kautschukmaterial eingesetzt werden.
  • Vom Fachmann soll erkannt werden, dass Wärmeübertrager im Allgemeinen in jeder beliebigen Ausrichtung betreibbar sind. Aus diesem Grund sind in der vorliegenden Beschreibung Bezüge auf oben und unten, links und rechts, abwärts und aufwärts, horizontal und vertikal entsprechend auszulegen, allerdings nicht als exakte Ausrichtungen zu verstehen, welche den Umfang der Erfindung beschränken.
  • Die vorliegende Erfindung stellt somit einen Wärmeübertrager bereit, welcher eine verbesserte Beständigkeit gegenüber einem Wärmekreislauf aufweist und gleichzeitig eine gute Wärmeübertragungseffizienz aufrechterhalten bleibt.
  • Während bestimmte repräsentative Ausführungsformen und Einzelheiten zum Zwecke der Darstellung der vorliegenden Erfindung gezeigt wurden, soll vom Fachmann erkannt werden, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der offenbarten Erfindung abzuweichen, welcher durch die folgenden beiliegenden Ansprüche weiter erläutert ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Wärmeübertrager
    2, 102, 202
    Rohr, Metallrohr
    4
    Rippe, Metallrippe
    6
    Raum, Spalt
    7, 7'
    Baugruppe
    8, 108, 208
    Metallschutzleiste, Abschlussschutzleiste, Abschlussleiste, Schutzleiste
    10, 110, 210
    Matrix
    11
    Lötverfahren in kontrollierten Atmosphären (CAB = Controlled Atmosphere Brazing)
    12,
    bügelförmige Linie
    13, 13', 113, 213
    Rohrende, gegenüberliegendes Längsende
    14, 14', 114, 214
    Rohrendabschnitt
    15
    Wärmeübertragungsabschnitt
    16, 16'
    gegenüberliegende linke und rechte Stirnseite der Matrix
    17, 17'
    unteres Ende des Wärmeübertragers
    20, 120, 220, 220'
    Kollektorbodenplatte, Bodenplatte
    21, 121, 221
    Bodenabschnitt des biegsamen Elements
    22, 122, 222, 222'
    biegsames Element
    23
    Naht
    24
    Längsrichtung
    26
    Rohrendfläche
    28
    Kanal
    29, 129, 229
    Längsachse des Rohrs, Rohrachse
    31
    erste weitere oder breitere Abmessungen
    32
    zweite dünnere oder schmalere Abmessungen
    33, 133, 233
    Außenwand des Wärmeübertragungsabschnitts des Rohrs, Rohrwand
    34, 134, 234
    breiter Abschnitt, breite Seite
    35, 135, 235
    schmaler Abschnitt, schmale Seite
    36,
    136, 236 vorstehender Abschnitt, Rand, Lippe, Abdichtungsabschnitt des biegsamen Elements,
    37,
    137, 237 Durchbruchskante der Bodenplatte, Kante
    38,
    138, 238 Bodenplattendurchbruch
    39,
    139, 239 Durchbruch
    40
    Fluid, Kühlmittel
    41,
    241 erster Kollektor
    42
    zweiter Kollektor
    43
    Einlasskanal
    44,
    244 aufgeweiteter Rohrendabschnitt
    45
    Auslasskanal
    50,
    150, 250 Expansionswerkzeug, Werkzeug
    52,
    152, 152', 252 sich verjüngende Nase, Werkzeugnase
    54,
    154 Längsrichtung
    55,
    155, 255 Öffnung, Rohrendöffnung
    56,
    156, 256 sich verjüngender Abschnitt
    57
    letzter gerader Abschnitt
    58,
    258, 258' Kollektorabdeckung, Abdeckung
    59
    Naht
    61,
    261 Umfangsrand
    62,
    262, 262' in Längsrichtung vorstehender Rand der Kollektorplatte
    63,
    263, 263' umlaufende Lippe der Abdeckung
    65
    innere Trennwand
    70
    Wand, Durchbruchswand der Bodenplatte
    72
    Abschnitt der Bodenplatte
    73,
    74 abgewinkelte Wandfläche
    76
    Nut
    77
    Anschlag
    78
    Vorsprung
    79
    offene Aussparung

Claims (20)

  1. Wärmeübertrager, umfassend: eine vollmetallisch gebondete Matrix umfassend eine Vielzahl von im Wesentlichen parallelen Metallrohren und eine Vielzahl von Metallrippen, wobei die Rohre einen Wärmeübertragungsabschnitt aufweisen, wobei der Wärmeübertragungsabschnitt eine längliche Querschnittsform aufweist und zwei gegenüberliegende längere Seiten und zwei gegenüberliegende kürzere Seiten und die zwischen den gegenüberliegenden längeren Seiten des Wärmeübertragungsabschnitts der benachbarten Rohre angeordneten Rippen umfasst; und – einen ersten Kollektor und einen zweiten Kollektor, wobei jedes Rohr an gegenüberliegenden Enden einen ersten Endabschnitt und einen zweiten Endabschnitt aufweist, wobei der erste Endabschnitt und der zweite Endabschnitt jeweils mit dem ersten Kollektor und dem zweiten Kollektor verbunden sind, wobei die Matrix dabei ausgelegt ist, zwischen einem externen Medium und einem Kühlmittel, welches durch die Rohre zwischen dem ersten Kollektor und dem zweiten Kollektor befördert wird, Wärme zu übertragen; wobei zumindest ein Rohr an dem ersten Endabschnitt durch zumindest ein biegsames Element an dem ersten Kollektor mechanisch angebunden ist, wobei sich das biegsames Element um den ersten Endabschnitt erstreckt, um gegenüber dem ersten Endabschnitt für das in dem Wärmeübertrager befindliche Kühlmittel eine Abdichtung bereitzustellen, und um die relative Bewegung zwischen dem zumindest einen mechanisch angebundenen Rohr und dem ersten Kollektor aufgrund der thermischen Expansion und Kontraktion der Matrix zu ermöglichen.
  2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, wobei zumindest ein Rohr sowohl an seinem ersten Endabschnitt als auch an seinem zweiten Endabschnitt mit einem entsprechenden ersten Kollektor und zweiten Kollektor durch eine vollmetallische Verbindung verbunden ist, welche zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt des ersten Kollektors und des zweiten Kollektors ausgebildet ist.
  3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, wobei die Matrix weiterhin zumindest eine Leiste aufweist, welche im Wesentlichen parallel zu den Rohren angeordnet ist, wobei die Leiste mittels einer vollmetallisch gebondeten Verbindung, welche zwischen der Leiste und sowohl dem ersten Kollektor als auch dem zweiten Kollektor ausgebildet ist, jeweils mit dem ersten Kollektor und dem zweiten Kollektor verbunden ist.
  4. Wärmeübertrager nach Anspruch 2, wobei eine Vielzahl von vollmetallisch gebondeten Rohren bereitgestellt ist, und wobei das zumindest eine mechanisch angebundene Rohr zwischen den vollmetallisch gebondeten Rohren angeordnet ist.
  5. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, wobei der erste Kollektor eine erste Bodenplatte mit einer Vielzahl von Durchbrüchen aufweist; wobei jeder Endabschnitt in einem entsprechenden Durchbruch der ersten Bodenplatte aufgenommen ist; und ein Abdichtungsabschnitt des biegsamen Elements zwischen einer Kante, welche den Durchbruch in der ersten Bodenplatte bildet, und dem ersten Endabschnitt des zumindest einen mechanisch angebundenen Rohrs angeordnet ist, wobei der erste Endabschnitt dabei an dem ersten Kollektor mechanisch angebunden ist.
  6. Wärmeübertrager nach Anspruch 5, wobei der erste Endabschnitt des zumindest einen mechanisch angebundenen Rohrs einen aufgeweiteten Abschnitt aufweist, wobei der Abdichtungsabschnitt des biegsamen Elements durch den aufgeweiteten Abschnitt des zumindest einen mechanisch angebundenen Rohres um den Durchbruch zusammengedrückt wird.
  7. Wärmeübertrager nach Anspruch 6, wobei der aufgeweitete Endabschnitt eine vergrößerte Querschnittsform relativ zu dem Wärmeübertragungsabschnitt aufweist, wobei die vergrößerte Querschnittsform den Abdichtungsabschnitt des biegsamen Elements zwischen dem ersten Endabschnitt und dem Durchbruch der ersten Bodenplatte zusammendrückt.
  8. Wärmeübertrager nach Anspruch 6, wobei der aufgeweitete Endabschnitt eine längliche Querschnittsform aufweist und zwei gegenüberliegende längere Seiten und zwei gegenüberliegende kürzere Seiten aufweist.
  9. Wärmeübertrager nach Anspruch 8, wobei sich ein nach außen verjüngender Abschnitt des Rohrs von dem Wärmeübertragungsabschnitt zu dem aufgeweiteten Endabschnitt erstreckt, wobei der Abstand zwischen den zwei gegenüberliegenden längeren Seiten zunimmt und der Abstand zwischen den zwei gegenüberliegenden kürzeren Seiten zunimmt.
  10. Wärmeübertrager nach Anspruch 8, wobei der erste Endabschnitt des zumindest einen mechanisch angebundenen Rohrs eine Öffnung zum Befördern des Kühlmittels aufweist, wobei sich die zwei gegenüberliegenden längeren, nach außen aufgespreizten Seiten des aufgeweiteten Endabschnitts der Öffnung annähern, und sich die zwei gegenüberliegenden kürzeren Seiten des aufgeweiteten, nach außen aufgespreizten Endabschnitts der Öffnung annähern.
  11. Wärmeübertrager nach Anspruch 6, wobei der aufgeweitete Endabschnitt einen Abschnitt mit einer im Wesentlichen gleichmäßigen Querschnittsform aufweist, welche mit dem Abdichtungsabschnitt des biegsamen Elements kontaktiert ist, wobei der Abdichtungsabschnitt aufgrund der relativen Bewegung des ersten Endabschnitts des zumindest einen mechanisch angebundenen Rohrs und dem ersten Kollektor aufgrund der thermischen Expansion und Kontraktion der Matrix weder zusammengedrückt noch aufgeweitet wird.
  12. Wärmeübertrager nach Anspruch 5, wobei das biegsame Element einen Bodenabschnitt und zumindest einen vorstehenden Abschnitt aufweist, wobei der Bodenabschnitt auf einer Fläche der ersten Bodenplatte aufsitzt und der zumindest eine vorstehende Abschnitt sich durch einen entsprechenden Durchbruch in der ersten Bodenplatte erstreckt, wobei der Abdichtungsabschnitt des biegsamen Elements zwischen der ersten Bodenplatte und dem ersten Endabschnitt des zumindest einen mechanisch angebundenen Rohrs angeordnet ist.
  13. Wärmeübertrager nach Anspruch 12, wobei der Bodenabschnitt des biegsamen Elements ein Blech mit einer Vielzahl von darin ausgebildeten Durchbrüchen ist, wobei jeder Durchbruch in dem Blech einen erhöhten Rand aufweist, welcher den vorstehenden Abschnitt ausbildet, wobei sich der erhöhte Rand der Durchbrüche durch einen entsprechenden Durchbruch in der ersten Bodenplatte erstreckt, wobei der erhöhte Rand der Durchbrüche zwischen der ersten Bodenplatte und dem ersten Endabschnitt des zumindest einen mechanisch angebundenen Rohrs angeordnet ist, um den Abdichtungsabschnitt bereitzustellen.
  14. Wärmeübertrager nach Anspruch 13, wobei der Bodenabschnitt des biegsamen Elements auf einer Außenseite der ersten Bodenplatte platziert ist, welche im Wesentlichen in Richtung der Matrix weist.
  15. Wärmeübertrager nach Anspruch 13, wobei der Bodenabschnitt des biegsamen Elements auf einer Innenseite der ersten Bodenplatte platziert ist, welche im Wesentlichen von der Matrix weg weist.
  16. Wärmeübertrager nach Anspruch 15, wobei die erste Bodenplatte einen Umfang und der erste Kollektor eine Kollektorabdeckung aufweist, welche mit dem Umfang der ersten Bodenplatte verbunden ist, wobei sich die erste Kollektorabdeckung und das Blech zum Umfang der ersten Bodenplatte erstrecken und um den Umfang der ersten Bodenplatte zwischen der ersten Bodenplatte und der ersten Kollektorabdeckung eine Abdichtung bereitstellen.
  17. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers, wobei der Wärmeübertrager eine vollmetallisch gebondete Matrix aufweist, und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Ausbilden eines ersten Kollektors, wobei der erste Kollektor eine erste Reihe von Durchbrüchen aufweist; – Ausbilden eines zweiten Kollektors, wobei der zweite Kollektor eine zweite Reihe von Durchbrüchen aufweist; – Ausbilden eine Vielzahl von Metalllangrohren, wobei jedes Rohr einen ersten Endabschnitt und einen zweiten Endabschnitt und eine Öffnung sowohl an dem ersten Endabschnitt als auch an dem zweiten Endabschnitt aufweist, um von dem ersten Kollektor zu dem zweiten Kollektor ein Kühlmittel durch die Rohre zu befördern, wobei jedes Rohr zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt einen Wärmeübertragungsabschnitt aufweist, um Wärme an ein externes Medium zu übertragen, wobei der Wärmeübertragungsabschnitt eine längliche Querschnittsform aufweist und zwei gegenüberliegende längere Seiten und zwei gegenüberliegende kürzere Seiten aufweist; – Ausbilden einer Vielzahl von Metallrippen; – Ausrichten der Rohre und der Rippen, wobei die Rohre im Wesentlichen parallel zueinander und zu den Rippen ausgerichtet sind, welche sich zwischen den gegenüberliegenden längeren Seiten benachbarter Rohrpaare erstrecken; – Verwendung eines Wärme- und Fügeverfahrens zur Verbindung der Rohre und Rippen zur Ausbildung der vollmetallisch gebondeten Matrix, wobei die Matrix eine erste Fläche und eine zweite Fläche aufweist, wobei ein externes Medium von der ersten Fläche zu der zweiten Fläche durch die Matrix strömen kann, um zwischen dem durch die Rohre beförderten Kühlmittel und dem externen Medium eine Wärmeübertragung zu bewirken; – Ausrichten der ersten Endabschnitte gegenüber der ersten Reihe von Durchbrüchen und Ausrichten der zweiten Endabschnitte gegenüber der zweiten Reihe von Durchbrüchen und Verbinden der ersten Endabschnitte und der zweiten Endabschnitte mit der entsprechend ausgerichteten Reihe von Durchbrüchen; und – Aufnehmen des ersten Endabschnitts von zumindest einem Rohr in einem entsprechenden Durchbruch der ersten Reihe von Durchbrüchen und Verwendung eines biegsamen Elements zur Verbindung des zumindest einen Rohrs mit dem ersten Kollektor mit einer mechanischen Verbindung zwischen dem ersten Endabschnitt des ersten Kollektors und dem entsprechenden Durchbruch, in welchem der erste Endabschnitt aufgenommen ist, wobei das biegsame Element um den ersten Endabschnitt für das Kühlmittel eine Abdichtung bereitstellt und über die Länge des zumindest einen Rohrs, welches zwischen dem ersten Endabschnitt und dem ersten Kollektor mechanisch angebunden ist, aufgrund der thermischen Expansion und Kontraktion der Matrix eine relative Bewegung ermöglicht.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, weiter umfassend die folgenden Schritte: – Ausbilden einer ersten Bodenplatte, wobei die erste Reihe von Durchbrüchen in der ersten Bodenplatte bereitgestellt ist; – Ausbilden einer zweiten Bodenplatte, wobei die zweiten Reihe von Durchbrüchen in der zweiten Bodenplatte bereitgestellt ist; – Ausbilden einer ersten Kollektorabdeckung und Montieren der ersten Kollektorabdeckung an der ersten Bodenplatte, um den ersten Kollektor auszubilden; und – Ausbilden einer zweiten Kollektorabdeckung und Montieren der zweiten Kollektorabdeckung an der zweiten Bodenplatte, um den zweiten Kollektor auszubilden.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die erste Bodenplatte einen Umfang aufweist, sich das erste biegsame Element zu dem Umfang in dem ersten Kollektor erstreckt, und das Verfahren weiterhin die Schritte umfasst: – Verbinden der ersten Kollektorabdeckung mit der ersten Bodenplatte am Umfang mit dem biegsamen Element zur Bereitstellung einer Abdichtung zwischen der ersten Kollektorabdeckung und der ersten Bodenplatte am Umfang.
  20. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die zweite Bodenplatte metallisch ist und das Verfahren des Weiteren den folgenden Schritt umfasst: – Verbinden der Rohre an ihren zweiten Endabschnitten mit dem zweiten Kollektor durch eine vollmetallisch gebondete Verbindung in einem Wärme- und Fügeverfahren zwischen den zweiten Endabschnitten und dem zweiten Kollektor.
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