DE3302150C2

DE3302150C2 -

Info

Publication number: DE3302150C2
Application number: DE3302150A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl.-Ing. 6900 Heidelberg De Thomae
Original assignee: Thermal-Werke Waerme- Kaelte- Klimatechnik 6832 Hockenheim De GmbH
Current assignee: THERMAL-WERKE, WAERME-, KAELTE-, KLIMATECHNIK GMBH
Priority date: 1983-01-22
Filing date: 1983-01-22
Publication date: 1991-05-29
Also published as: DE3302150A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher, insbesondere zur Heizung und Motorkühlung von Kraftfahrzeugen mit flüssigkeitsgekühltem Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Wärmetauschers.

Bei Wärmetauschern der hier genannten Art, wie beispielsweise in der US 34 37 134 beschrieben, müssen die Flachrohre durch Lötung mit den Lamellen verbunden werden, da ein mechanisches Aufweiten von Flachrohren nicht möglich ist. Außerdem ist es nicht möglich, Flachrohre über die schmale Kante zu einem U zu biegen, bei dem die beiden Schenkel des U sehr nahe hintereinander liegen, um dadurch eine sogenannte Gegenstromschaltung des Heiz- oder Kühlmediums zu erhalten. Es müssen in einem solchen Falle vielmehr an beiden Enden des Wärmetauschers Wasserkästen angebracht werden. Die Fertigung derartiger Wärmetauscher ist verhältnismäßig aufwendig. Sie erfordert teure Vakuum- oder Schutzgas-Löteinrichtungen und besondere Einrichtungen zum Anbringen und Abdichten der Rohre in den Wasserkästen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen aus Flachrohren bestehenden Wärmetauscher mit rechtwinklig zur Erstreckungsrichtung der Rohre angeordneten Lamellen zu schaffen, bei dem keine Lötung für die Verbindung der Lamellen mit den Rohren erforderlich ist und bei dem eine Gegenstromschaltung ohne großen Aufwand durchführbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die Verfahrensschritte zur Herstellung des Wärmetauschers gemäß der Erfindung sind in Anspruch 6 angegeben.

Über die vorgenannten Merkmale hinaus ist es vorteilhaft, wenn das Flachrohr an den Innenwänden ganz oder teilweise mit einer axial verlaufenden Oberflächenvergrößernden Profilierung versehen ist. Auch kann das Flachrohr in beiden Öffnungen einen oder mehrere Querstege enthalten. Die doppelt abgewinkelten Längskanten der Lamelle können zwischen den Abkantungen zur Öffnung hin gewölbt sein um gegebenenfalls das Einführen der Flachrohre zu erleichtern. Um möglicherweise vorhandene Rohrtoleranzen aufzufangen, ist es von Vorteil, die doppelt abgewinkelten Längskanten quer zur Erstreckungsrichtung ein oder mehrfach aufzuschlitzen, so daß sich diese Längskanten auch bei Toleranzen in der Planizität des Flachrohrs an dieses gut anschmiegen können.

Die Ausbildung der Flachrohre bei dem Wärmetauscher gemäß der Erfindung erlaubt es eine Gegenstromschaltung auf engstem Raum vorzunehmen. Die Gestaltung der Lamellen ermöglicht es einen einwandfreien wärmeleitenden Kontakt zwischen den Lamellen und den Flachrohren zu erhalten. Die Klebeverbindung zwischen den Enden der Flachrohre und den Wasserkasten bildet eine einwandfreie Verbindung zwischen dem Kunststoffwasserkasten und den aus Metall bestehenden Rohren des Wärmetauschers.

Selbstverständlich kann der Wärmetauscher gemäß der Erfindung auch an beiden Seiten Wasserkästen aufweisen, welche jeweils mit den Rohrenden verklebt sind. In diesem Falle erhalten die Rohrenden an beiden Seiten des Wärmetauschers Einfräsungen, welche quer zum flachen Rohrquerschnitt verlaufen.

Die Herstellung eines solchen Wärmetauschers kann fast vollständig automatisch erfolgen und zwar derart, daß die Lamellen in üblicher Weise gestanzt und in einer Führungsbahn gesammelt werden. Vom Ende dieser Führungsbahn wird jeweils automatisch ein Lamellenpaket der erforderlichen Größe entnommen und einer Maschine zugeführt, in welcher die Flachrohre aus fixierten Positionen heraus, mit den verschlossenen Rohrenden voraus, durch die entsprechenden Öffnungen des Lamellenpakets gepreßt werden. Die Flachrohre selbst werden vorher automatisch auf Länge geschnitten, danach in einer vorher bestimmten Anzahl derart zusammengefaßt, daß diese Anzahl von Flachrohren hochkant, also mit den langen Seiten aneinanderliegend, einer Maschine zugeführt werden, in der von der einen Seite ein horizontal verlaufender Fräser die Einfräsungen im Mittelsteg durchführt, während gleichzeitig von der anderen Seite eine Anzahl von Fräsern, und zwar so viele Fräser wie Rohre vorhanden sind, den Mittelsteg im Inneren der Flachrohre bis etwa zu einer Tiefe herausfräst, die der halben inneren Flachrohrlänge entspricht. Anschließend werden die Flachrohre zwecks Entfernung von Bearbeitungsgraten gebürstet und gelangen dann in eine Einrichtung, bei der die Enden durch Preßschweißen verschlossen und in eine zur Einführung in die Lamellenöffnungen geeignete Form gebracht werden. Von dort gelangen die nunmehr fertigen Flachrohre in eine Vorrichtung, in der sie in einem Abstand gehalten werden, wie er durch den Abstand der Öffnungen in den Lamellen erforderlich ist. In dieser Vorrichtung werden die Flachrohre in das Lamellenpaket eingepreßt.

Ebenfalls in dieser Vorrichtung kann der dem Wasserkasten entgegengesetzten, verschlossenen Seite der Flachrohre ein Seitenteil aus Metall oder Kunststoff mit umgewinkelten Kanten aufgepreßt werden, welches dann beim Einbau des fertigen Wärmetauschers zur Abdichtung im Gehäuse mit herangezogen werden kann.

Danach erfolgt die Herstellung einer Klebeverbindung zwischen Wasserkastenboden und Rohrenden. Hierzu werden die Wärmetauscher aufrecht gestellt, so daß die zu verklebenden Enden der Rohre nach oben zeigen. Danach wird das aus Kunststoff bestehende Bodenteil des Wasserkastens aufgesetzt und der Wärmetauscher einer Vorheizeinrichtung zugeführt. Am Ende dieser Vorheizeinrichtung wird der erforderliche Klebstoff mittels eines Dosierautomaten an die zu verklebenden Stellen gebracht und der Wärmetauscher passiert noch eine weitere Heizeinrichtung, in welcher der Kleber aushärtet. In der nächsten Station wird dann das Oberteil des Wasserkastens mittels Spiegelschweißung oder einer anderen geeigneten Methode zur Verbindung von Kunststoffteilen mit dem Wasserkastenboden verbunden.

Der Wärmetauscher gemäß der Erfindung ist danach fertig und kann nach den erforderlichen Prüfvorgängen der weiteren Verarbeitung zugeführt werden.

Anhand von Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers gemäß der Erfindung erläutert.

Fig. 1 und 2: zeigen das erfindungsgemäße Flachrohr im Querschnitt.

Fig. 3 und 3a: zeigen das Flachrohr nach der Bearbeitung.

Fig. 4 bis 9: zeigen verschiedene Ausführungsformen der für den Wärmetauscher gemäß der Erfindung vorgesehenen Lamelle.

Fig. 10 und 11: zeigen die Verbindung des Rohrsystems mit dem Kunststoffwasserkasten, wobei Fig. 11 einen Querschnitt durch den Wärmetauscher gemäß der Erfindung darstellt.

Auf den Zeichnungen bezeichnet 1 das Flachrohr, welches zwei flüssigkeitsführende Räume 2, 3 enthält. Der Mittelsteg 4 hat etwa eine Breite 5, welche der Dicke 6 des Flachrohrs entspricht. In Fig. 3 ist bei 7 die quer zum flachen Rohrquerschnitt liegende Einfräsung dargestellt. Am entgegengesetzten Ende des Flachrohrs ist bis zu einer mit 8 bezeichneten Tiefe der Mittelsteg ebenfalls herausgefräst. Die Tiefe 8 entspricht etwa der halben Tiefe der inneren Flachrohrlänge 9. Nachdem die Ausfräsungen 7 u. 8 vorgenommen worden sind, wird, wie auf Fig. 3a mit 10 bezeichnet, das Flachrohr durch Preßschweißung verschlossen und in eine zur Einführung in die Öffnungen der Lamellen geeignete Form gepreßt.

Die Lamellen 16 haben langgestreckte Öffnungen 11, deren Längskanten 26 bei 12 erst um 90° und anschließend bei 13 um einen Winkel der weniger als 90° beträgt abgewinkelt sind. Die Oberfläche der Lamellen können oberflächenvergrößernde Ausprägungen erhalten, wie sie in der Zeichnung lediglich durch Kreise dargestellt sind.

Die innere Oberfläche des Flachrohrs kann ganz oder teilweise mit oberflächenvergrößernden Profilierungen versehen sein, von denen eine Ausführungsform mit 17 bezeichnet ist. Auch können die Innenräume des Flachrohrs einen oder mehrere schmale Querstege enthalten, die mit 18 bezeichnet sind. Die mit den Abwinkelungen 12 u. 13 versehenen Längskanten der Lamellenöffnungen können, wie in Fig. 7 dargestellt, aus einem durchlaufenden Teil bestehen, sie können aber auch, wie in Fig. 9 dargestellt, mit einem oder mehreren Schlitzen 19 versehen sein, so daß die Kante sich an fertigungsbedingte Unregelmäßigkeiten des Flachrohrs besser anschmiegen kann. Zwischen den Abkantungen 12 u. 13 kann die Längskante gerade verlaufen, sie kann aber auch wie in Fig. 8 mit 27 bezeichnet, leicht gewölbt sein, um ein Einführen des Flachrohrs zu erleichtern.

Die Verklebung der mit den Ausfräsungen 7 versehenen Enden des Flachrohrs mit dem Wasserkastenbodenteil ist in den Fig. 10 u. 11 dargestellt. Das Bodenteil 15a hat, wie auf Fig. 11 nur schematisch dargestellt, Öffnungen, in welche die offenen Enden des Flachrohrs hineinragen. Nach dem Aufsetzen des Wasserkastenbodenteils aus Kunststoff wird der Klebstoff 14 im Verlauf des Fertigungsverfahrens, wie angegeben, eingebracht und danach das Wasserkastenoberteil 15b durch Spiegelschweißung oder eine andere geeignete Verbindungsart mit dem Wasserkastenbodenteil 15a verbunden.

Danach ist eine Heizmittelströmung in folgender Weise möglich: Das Heizmittel tritt durch ein hier nicht dargestelltes Anschlußrohr in die Kammer 21 des Wasserkastens ein, geht in Richtung des Pfeils 22 nach unten, wird unten umgelenkt und strömt in Richtung des Pfeils 23 nach oben und verläßt den Wasserkasten über die Kammer 24. Bei dieser Strömung des Heizmediums ist es vorteilhaft, daß der Wärmetauscher so eingebaut ist, daß die zu erwärmende Luft aus der Richtung des Pfeils 20 durch den Wärmetauscher strömt. Mit 25 ist ein aus Kunststoff oder Metall bestehendes Bodenteil bezeichnet, welches eine einwandfreie Positionierung des Wärmetauschers auch an der dem Wasserkasten gegenüberliegenden Seite ermöglicht.

Claims

1. Wärmetauscher, insbesondere zur Heizung und Motorkühlung von Kraftfahrzeugen mit flüssigkeitsgekühltem Verbrennungsmotor, bestehend aus Flachrohren, rechtwinklig zur Erstreckungsrichtung der Rohre angeordneten Lamellen und einem Wasserkasten, wobei die Lamellen zur Aufnahme der Flachrohre langgestreckte Öffnungen aufweisen, deren Längskanten abgewinkelt sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) jedes Flachrohr (11) enthält zwei flüssigkeitsführende Räume (2, 3), welche durch einen Mittelsteg (4) getrennt sind, dessen Wandstärke (5) etwa der Dicke (6) des Flachrohrs (1) entspricht, wobei der Steg (4) an seinem dem Wasserkasten (15a, 15b) zugewandten Ende eine quer zum flachen Rohrquerschnitt liegende Einfräsung (7) aufweist, wobei ferner an demjenigen Ende des Flachrohrs (11), welches nicht in den Wasserkasten mündet, der Mittelsteg (4) etwa bis zur halben Tiefe (8) der inneren Flachrohrlänge (9) herausgefräst und dieses Flachrohrende (10) durch Preßschweißung flüssigkeitsdicht verschlossen ist,
b) die Längskanten (36) der Lamellenöffnungen (11) sind (bei 13) um etwas weniger als 90° zur Lamelle (16) abgewinkelt und der Rand der Längskanten (26) ist im Abstand, der dem Lamellenabstand entspricht, (bei 12) im rechten Winkel abgebogen, und
c) die Flachrohre (1) und der Wasserkasten (15a, 15b) sind (bei 14) durch eine Verklebung verbunden.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flachrohr (1) an den Innenwänden ganz oder teilweise mit einer axial verlaufenden oberflächenvergrößernden Profilierung (17) versehen ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Flachrohr (1) im Inneren schmale Querstege (18) enthält.

4. Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die doppelt abgewinkelten Längskanten (26) der Lamelle (16) zwischen den Abkantungen (12, 13) zur Öffnung (11) hin gewölbt sind (27).

5. Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die doppelt abgewinkelten Längskanten (26) der Lamellen (16) quer zur Erstreckungsrichtung ein- oder mehrfach geschlitzt sind (19).

6. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

a) daß eine vorher bestimmte Anzahl auf gleiche Länge geschnittener Flachrohre zusammengefaßt und mit den langen Seiten hochkant aneinanderliegend einer Maschine zugeführt wird, in der von der einen Seite ein horizontal verlaufender Fräser die Einfräsungen im Mittelsteg durchführt, während gleichzeitig von der anderen Seite so viele Fräser wie Rohre vorhanden sind, die Mittelstege in einer vorgegebenen Tiefe entfernen,
b) daß die Enden der Rohre durch Preßschweißen verschlossen und in eine zur Einführung in die Lamellenöffnungen geeignete Form gebracht werden,
c) daß alle für einen Wärmetauscher erforderlichen Flachrohre gleichzeitig in die vorgesehenen Öffnungen des Lamellenpakets eingeschoben werden, und
d) daß der oder die Wasserkastenböden mit den offenen Rohrenden des Wärmetauscherpakets durch Kleben verbunden werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ende des Wärmetauschers, an welchem die Flachrohre verschlossen sind, ein aus Metall oder Kunststoff bestehendes verstärktes Seitenteil (25) aufgebracht wird.