DE10343905A1

DE10343905A1 - Gelötetes Wärmeübertragernetz

Info

Publication number: DE10343905A1
Application number: DE10343905A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing.(FH) Helms; Jürgen Dipl.-Ing.(FH) Hägele
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2003-09-19
Publication date: 2005-06-09
Also published as: EP1668303B1; WO2005028986A1; US20070029074A1; US20090266527A1; CN1853082A; EP1668303A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein gelötetes Wärmeübertragernetz, bestehend aus gefalzten Mehrkammerflachrohren und mit Kiemen besetzten Wellrippen, wobei die Mehrkammerrohre mindestens zwei Kammern aufweisen, die jeweils durch gefalzte, im Inneren des Mehrkammerrohres verlötete Stege gebildet werden. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass die Wellrippen (13, 14) im Bereich des Steges bzw. der Stege (7, 8) kiemenfreie Felder (17a, 17b; 18a, 18b) aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft ein gelötetes Wärmeübertragernetz nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Wärmeübertrager, z. B. Kühlmittelkühler oder Kältemittelkondensatoren für Kraftfahrzeuge weisen ein Wärmeübertragernetz auf, welches aus Rohren und Rippen besteht, wobei die Rohre z. B. von Kühlmittel oder Kältemittel durchströmt und die Rippen von Kühlluft, insbesondere Umgebungsluft überströmt werden. Bei gelöteten Kühlsystemen sind die Rohre als Flachrohre und die Rippen als Wellrippen ausgebildet, die mit ihren Wellenkämmen mit den flachen Längsseiten der Flachrohre verlötet werden. Flachrohre mit größerer Tiefe, d. h. in Richtung der Luftströmung gemessen, werden vielfach als so genannte Mehrkammerrohre ausgebildet, d. h. sie weisen zur Abteilung einzelner Kammern Stege auf, die als Zuganker wirken und damit ein Aufblähen oder Aufblasen der Flachrohre infolge des Innendruckes verhindern. Bei gefalzten Mehrkammerrohren ist es daher wichtig, dass alle Stege gleichmäßig verlötet werden, damit das Flachrohr die erforderliche Innendruckstabilität erhält.

Die Fertigung derartiger Wärmeübertragernetze erfolgt in der Weise, dass Flachrohre und Wellrippen auf Länge geschnitten und dann in einer geeigneten Vorrichtung „kassettiert" werden, d. h. Wellrippe neben Flachrohr angeordnet und zu einem Block gefügt werden, der anschließend verspannt und in einem Lötofen (gegebenenfalls mit den zugehörigen Rohrböden oder Sammelrohren) verlötet wird. Die Verspannung drückt einerseits die Wellrippen mit ihren Kämmen gegen die Flachrohre und andererseits die gefalzten Stege gegen die Innenwand der Flachrohre. Dieser Anpressdruck muss, um eine möglichst gleichmäßige und vollständige Lötung zu gewährleisten gleichmäßig erfolgen. Gefalzte Mehrkammerflachrohre, kurz Mehrkammerrohre sind in verschiedenen Formen aus dem Stand der Technik bekannt, z. B. durch die EP-A 302 232 der Anmelderin. Das bekannte Flachrohr weist z. B. einen mittleren Steg auf, der mit der Gegenseite des Flachrohres verlötet ist und somit zwei Kammern bildet. Eine abgewandelte Rohrform zeigt zusätzlich zwei aus dem Rohrmaterial gefalzte Sicken (Stege), die mit der Gegenseite des Rohres verlötet sind und insgesamt vier Kammern bilden. Durch die EP-A 457 470 wurden gefalzte Mehrkammerflachrohre bekannt, bei welchen gefalzte Stege abwechselnd aus gegenüberliegenden Rohrseiten geformt und jeweils mit einer gegenüberliegenden Rohrinnenwand verlötet sind. Darüber hinaus sind auch Mehrkammerrohre mit sich gegenüber liegenden gefalzten Stegen bekannt, die nur bis zur Mitte der lichten Rohrweite reichen und dort miteinander verlötet sind. Die Mehrkammerrohre können einstückig ausgebildet, d. h. mit einer geschweißten Längsnaht versehen sein oder auch zweiteilig, d. h. mit an den Schmalseiten angeordneten gefalzten und gelöteten Längsnähten. Eine weitere Form eines gefalzten Mehrkammerflachrohres wurde durch die DE-A 102 12 300 der Anmelderin bekannt, in welcher auch ein Herstellungsverfahren beschrieben ist.

Wie bereits erwähnt, sind zwischen den Flachrohren Wellrippen angeordnet, welche zur Verbesserung der Wärmeübertragung Kiemen bzw. Kiemenfelder aufweisen. Solche Kiemenfelder können, wie z. b. die EP-B 547 309 zeigt, in Luftströmungsrichtung durchgehend oder – wie in der US-A 4,693,307 dargestellt – in einzelnen Kiemenfeldern angeordnet sein, zwischen denen sich glatte, d. h. ungekiemte Wellrippenbereiche befinden.

Die Anmelderin hat festgestellt, dass bei der Verlötung von gefalzten Mehrkammertlachrohren mit Wellrippen zu einem Wärmeübertragernetz Fehler auftreten, die zu einem „Aufblasen" der Flachrohre führten, was auf eine unzureichende Verlötung von einzelnen Stegen mit der gegenüberliegenden Rohrinnenwand zurückzuführen ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, ein gelötetes Wärmeübertragernetz der eingangs genannten Art durch geeignete Maßnahmen so zu verbessern, dass eine einwandfreie Verlötung sowohl auf der Außen- als auch auf der Innenseite der Mehrkammerflachrohre stattfindet.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patenanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Wellrippen im Bereich der Stege glatt ausgebildet, d. h. nicht mit Kiemen besetzt sind. Im Bereich der Stege soll heißen: in Verlängerung der Stege quer zu den flachen Seiten des Mehrkammertlachrohres. In den Bereichen zwischen den Stegen sind Kiemen bzw. Kiemenfelder angeordnet, sodass den Kammern des Mehrkammertlachrohres jeweils Kiemenfelder in etwa gleicher Tiefe zugeordnet sind. Die Erfinder haben festgestellt, dass eine „gekiemte" Wellrippe keine gleichmäßige Rippenhöhe aufweist, sondern dass in den Bereichen der einzelnen Kiemenfelder eine geringere Rippenhöhe, die Minimalhöhe, vorliegt als in den glatten, d. h. ungekiemten Bereichen, wo eine größere Rippenhöhe, die Maximalhöhe, auftritt. Diese Ungleichmäßigkeit der Rippenhöhe ist darauf zurückzuführen, dass durch das Einschneiden und anschließende „Herausdrehen" der Kiemen ein „Einziehen" der Wellrippe im Bereich der Kiemen, d. h. eine „Taillierung" erfolgt. Die Erfinder haben sich diese Erkenntnis zu Nutze gemacht und die Wellrippe mit ihrer Kiemenanordnung an die Mehrkammerflachrohre angepasst. Damit wird der Vorteil erreicht, dass beim Spannen des Wärmeübertragernetzes nach dem Kassettieren ein gleichmäßiger Anpressdruck auf alle Stege über die Wellrippen ausgeübt wird. Dies führt anschließend zu einer gleichmäßigen festen Verlötung aller Stege, sodass diese ihre Zugankertunktion in vollem Umfang ausüben können und somit ein „Aufblasen" der Rohre verhindern.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weisen die Mehrkammertlachrohre Längsnähte auf, die entweder gelötet oder geschweißt und vorzugsweise auf einer oder beiden Schmalseiten des Mehrkammerflachrohres angeordnet sind. Damit werden Asymmetrien auf den flachen Seiten der Rohre vermieden, die den Lötprozess beeinträchtigen könnten.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weisen die Wellrippen auch auf der An- und Abströmseite glatte Bereiche auf. Damit werden vor allem gerade An- und Abströmkanten und eine laminare Anlaufstrecke für die Luftströmung erreicht.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weisen die glatten Bereiche der Wellrippe jeweils eine gleiche und maximale Rippenhöhe auf. Dadurch wird sichergestellt, dass auf sämtliche Stege derselbe Anpressdruck ausgeübt und die Lotspalte zwischen Stegrücken und Rohrinnenwand gleichmäßig minimiert werden. Damit ist eine gleichmäßige Verlötung mit hinreichender Festigkeit für eine Zugankerwirkung erreicht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die mit Kiemen besetzten Bereiche eine minimale Rippenhöhe auf. Damit wirkt die Spannkraft beim Spannen des Netzes nicht als Flächenlast auf die Wellenkämme, sondern etwa punktförmig direkt auf die Stege, dadurch werden die Flachrohre im Bereich der Stege bis zum Anschlag zusammengedrückt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Mehrkammerrohr zwei gleiche Kammern auf, die durch einen mittleren Steg getrennt sind, in dessen Bereich die Wellrippe glatt ausgebildet ist. Dieses ist die einfachste Form des Mehrkammerrohres, die bei relativ geringen Systemtiefen Anwendung findet.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann die Zahl der Kammern bzw. der Stege beliebig erhöht werden, wobei zwei Stege mit drei Kammern eine bevorzugte Lösung für Kraftfahrzeugwärmeübertrager darstellen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschreiben. Es zeigen
1 eine Wellrippe in einer Ansicht von oben,
1a die Wellrippe gemäß 1 in einer Seitenansicht und
2 ein Mehrkammerrohr mit seitlichen Wellrippen.
1 zeigt eine Wellrippe 1 in einer Ansicht von oben, 1a zeigt die Wellrippe 1 in einer Seitenansicht. Die Wellrippe 1 dient als sekundäre Wärmeaustauschfläche bei luftgekühlten Flachrohrsystemen bzw. Wärmeübertragernetzen. Die Wellrippe 1 wird in Richtung des Pfeils L von Luft (Umgebungsluft) angeströmt und weist in Luftströmungsrichtung L eine Tiefe T auf. Die Rippenhöhe entspricht der Amplitude der Wellung (vgl. 1a) und ist mit H gekennzeichnet. Die Wellrippe 1 wird vorzugsweise aus einem dünnen Aluminiumblech hergestellt, in welches zur Verbesserung der Wärmeübertragung auf der Luftseite Kiemen 2 eingeschnitten sind, die in Form von Kiemenfeldern 3, 4 auf der Rippenoberfläche angeordnet sind. Die Kiemen 2 sind – was hier nicht dargestellt ist, jedoch aus dem eingangs genannten Stand der Technik (EP-B 547 309 oder US-A 4,693,307) hervorgeht – gegenüber der Rippenfläche geneigt und bilden einen so genannten Kiemenwinkel. Durch diesen Herstellungsprozess der Kiemen 2, d. h. das Einschneiden und das anschließende Verdrehen des Rippenmaterials ergibt sich im Bereich der Kiemenfelder 3, 4 eine Einschnürung, die durch gestrichelte Linien 5 dargestellt sind. Diese Einschnürungen führen zu einer Reduzierung der Rippenhöhe H. Die reduzierte Rippenhöhe ist mit h gekennzeichnet und stellt die minimale Rippenhöhe dar. Die maximale Rippenhöhe ist mit H gekennzeichnet und tritt außerhalb der Kiemenfelder 3, 4 auf, d. h. in 1 auf der An- und Abströmseite sowie in der Mitte der Wellrippe 1. Wie in 1a dargestellt, weist die Wellrippe 1 Wellenkämme 1a, 1b auf, mit denen die Wellrippe 1 an den hier nicht dargestellten Rohren anliegt. Aufgrund der Einschnürungen 5 bilden die Wellenkämme 1a, 1b somit keine durchgehende gerade Linie. Die Kiemen 2 ragen in die Luftströmung hinein.
2 zeigt ein gefalztes Mehrkammerrohr 6, welches zwei flache Längsseite 6a, 6b und zwei gerundete Schmalseiten 6c, 6d aufweist. Aus der obe ren Längsseite 6a sind zwei Stege 7, 8 durch Falzen ausgeformt, die mit der gegenüberliegenden Längsseite 6b verlötet sind und somit Zuganker bilden. Das Mehrkammerrohr 6 ist aus einem Blech hergestellt, welches an der Schmalseite 6d durch eine geschweißte Längsnaht 9 geschlossen ist. Das Mehrkammerrohr 6 weist somit drei Kammern 10, 11, 12 auf, in welchen ein Kühl- oder Kältemittel strömt. Außerhalb des Mehrkammerrohres 6 sind auf dessen Längsseiten 6a, 6b Wellrippen 13, 14 angeordnet, die mit dem Mehrkammerrohr 6 verlötet werden. Wellrippen 13, 14 und Mehrkammerrohr 6 stellen somit einen Ausschnitt eines nicht dargestellten Wärmeübertragernetzes dar, welches nach diesem Muster aufgebaut ist und bei Kühlmittelkühlern oder Kältemittelkondensatoren für Kraftfahrzeuge Verwendung finden kann. Die Wellrippen 13, 14 weisen jeweils drei Kiemenfelder 15a, 15b, 15c und 16a, 16b, 16c auf, zwischen denen ungekiemte, d. h. glatte Bereiche 17a, 17b und 18a, 18b belassen sind. Die Anordnung der Kiemenfelder 15a, 15b, 15c, 16a, 16b, 16c ist so gewählt, dass sich diese im Bereich der Kammern 10, 11, 12 befinden und die glatten Bereiche 17a, 17b und 18a, 18b im Bereich der Stege 7, 8 angeordnet sind. Wie oben erläutert, weisen auch diese Wellrippen aufgrund der Kiemenfelder 15a bis c und 16as bis c reduzierte Rippenhöhen h und in den glatten Bereichen 17a, 17b, 18a, 18b maximale Rippenhöhen H auf. Aufgrund der gewählten Anordnung liegen die maximalen Rippenhöhen H, in Tiefenrichtung gesehen, auf Höhe der Stege 7, 8 sowie auf den An- und Abströmseiten der Wellrippen 13, 14. Wie eingangs erläutert, werden Wellrippen 13, 14 und Mehrkammerrohre 6 zu einem Wärmeübertragernetz kassettiert und anschließend – zur Vorbereitung auf den Lötprozess – durch geeignete Spannmittel gespannt. Dabei treten Spannkräfte zwischen den Wellrippen 13, 14 und den Mehrkammerrohren 6 auf, die hier durch Pfeile F, jeweils in Richtung der Stege 7, 8 zeigend, dargestellt sind. Beim diesem Spannprozess werden die Stege 7, 8 somit gegen die Rohrinnenwand der Längsseite 6b gedrückt, sodass sich an den Kontaktstellen ein minimaler Lötspalt einstellt. Dies gewährleistet eine vollständige Verlötung und verleiht dem Mehrkammerrohr 6 somit die erforderliche Innendruckstabilität.
Die Erfindung ist anhand des obigen Ausführungsbeispieles beschrieben, d. h. für ein Mehrkammerohr mit zwei Stegen und drei Kammern. Abwandlungen sowohl in der Form als auch in der Anzahl der Stege und somit in der Anzahl der Kammern liegen ebenfalls im Bereich der Erfindung. Wesentlich bei allen Ausführungsformen ist, dass die von den Wellrippen auf das Mehrklammerrohr ausgeübten Spannkräfte stets auf die Stege gerichtet sind und dort die erforderliche Pressung bewirken.

Claims

Gelötetes Wärmeübertragernetz, bestehend aus gefalzten Mehrkammertlachrohren und mit Kiemen besetzten Wellrippen, wobei die Mehrkammerrohre mindestens zwei Kammern aufweisen, die jeweils durch gefalzte, im Inneren des Mehrkammerrohres verlötete Stege gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellrippen (13, 14) im Bereich des Steges bzw. der Stege (7, 8) kiemenfreie Felder (17a, 17b; 18a, 18b) aufweisen.
Wärmeübertragernetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrkammerohr (6) eine gelötete Längsnaht aufweist.
Wärmeübertragernetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrkammerrohr (6) eine geschweißte Längsnaht (9), vorzugsweise auf der Schmalseite (6d) aufweist.
Wärmeübertragernetz nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellrippen (13, 14) jeweils einen glatten Anström- und Abströmbereich aufweisen.
Wärmeübertragernetz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die kiemenfreien Felder (17a, 17b; 18a, 18b) eine gleiche und maximale Rippenhöhe H aufweisen.
Wärmeübertragernetz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Kiemen besetzten Bereiche, so ge nannte Kiemenfelder, (15a, 15b, 15c; 16a, 16d, 16c) eine minimale Rippenhöhe h aufweisen.
Wärmeübertragernetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrkammerrohr (6) einen gelöteten Steg auf halber Rohrtiefe T und die Wellrippen (1) zwei Kiemenfelder (3, 4) aufweisen.
Wärmeübertragernetz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrkammerrohr (6) zwei (n) Stege (7, 8) und die Wellrippen (13, 14) drei (n+1) Kiemenfelder (15a, 15b, 15c; 16a, 16b, 16c) aufweisen.