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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Flachrohr für einen
Wärmetauscher,
insbesondere für
ein Kraftfahrzeug. Wärmetauscher
in Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise in Kraftfahrzeugklimaanlagen,
weisen im Stand der Technik neben Sammeleinrichtungen für ein Kältemittel
Flachrohre auf, die zur Weiterleitung des Kältemittels beziehungsweise anderer
Fluide vorgesehen sind.
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Diese
Flachrohre sind dabei mit den Sammeleinrichtungen über Rohrböden oder
dergleichen verbunden. Bei dieser Verbindung ist insbesondere auch
auf die Dichtheit Wert zu legen.
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Die
aus dem Stand der Technik bekannten Flachrohre weisen in ihrem Inneren
Stege beziehungsweise Vorsprünge
auf, welche bewirken, dass das Flachrohr insgesamt mehrkanalig ausgeführt wird.
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Diese
aus dem Stand der Technik bekannten Stege bestehen aus beidseitig
eingeformten Sicken oder einseitig eingeformten Stegen. Dabei weisen
jedoch die Flachrohre an ihrer Außenseite im Bereich der Stege
kein geschlossenes beziehungsweise glattes Profil auf. Dieses nicht
glatte Außenprofil
der Flachrohre führt
dazu, dass bei dem Einfügen
der Flachrohre in die Böden
ein höherer
Verfahrensaufwand betrieben werden muss, um eine fluiddichte Verbindung
zu erreichen. Darüber
hinaus werden im Stand der Technik die Stege an der Außenseite
nicht ausreichend geschlossen, so dass es in der Verbindung zwischen
dem Rohr und dem Boden an den verbliebenen Rohraußenhohlräumen zu
Undichtigkeiten kommt. Daneben kommt es in einer verbleibenden Rinne
an der Außenseite
des Flachrohres zu Durchlegierungen beim Löten. Ferner müssen im Stand
der Technik die in den Bereichen der Stege entstehenden Rohraußenhohlräume nach
der Rohrherstellung an den Rohrenden aufwendig nachkalibriert werden,
um außen
glatte Rohre zu erreichen.
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Die
EP 0 854 343 zeigt derartige
Flachrohre, welche an ihrer Außenseite
erhebliche Außenhohlräume aufweisen,
welche durch ein aufwendiges Verfahren vermindert werden.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Flachrohr
zu schaffen, welches in seinem Inneren Vorsprünge aufweist und gleichzeitig
an seiner Außenseite
im Bereich der Vorsprünge
Ausnehmungen oder Aussparungen weitgehend vermeidet.
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Dies
wird erfindungsgemäß durch
ein Flachrohr nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung
nach Anspruch 12 erreicht. Bevorzugte Weiterbildungen des Flachrohres
und des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das
erfindungsgemäße mehrkanalige
Flachrohr für
einen Wärmetauscher,
insbesondere für
ein Kraftfahrzeug, weist eine erste Längswand, eine zweite Längswand,
die der ersten Längswand
im wesentlichen parallel gegenüber
liegt, sowie wenigstens einen gebogenen Endabschnitt auf. Dabei
ist an wenigstens einer Längswand
an einer dem Fluidstrom im Inneren des Flachrohrs zugewandten Innenseite aus
dem Material der Längswand
ein Vorsprung ausgebildet. Erfindungsgemäß ist die Längswand an ihrer dem Fluid
abgewandten Außenseite
im Bereich des Vorsprungs im wesentlichen eben.
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Unter
einem mehrkanaligen Rohr wird verstanden, dass im Inneren des Rohres
mehrere voneinander im wesentlichen getrennte Kanäle ausgebildet
sind. Unter einem Flachrohr wird ein Rohr verstanden, dass im Querschnitt
so ausgebildet ist, dass dieser in einer Ausdehnungsrichtung eine
weitere Ausdehnungsrichtung bei weitem übertrifft.
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Unter
einer Längswand
des Flachrohrs wird diejenige Wand verstanden, die entlang einer
der Längsseiten
verläuft.
Unter einem aus dem Material der Längswand ausgebildeten Vorsprung
wird ein solcher Vorsprung verstanden, der nicht nachträglich auf
die Wand aufgebracht wird, sondern – insbesondere, aber nicht
ausschließlich – durch
ein Formgebungsverfahren aus der Wand selbst ausgebildet wird.
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Unter
dem Bereich des Vorsprungs wird derjenige geometrische Bereich der
entsprechenden Längswand
verstanden, in welchem der Vorsprung ausgebildet ist. Unter im wesentlichen
eben wird verstanden, dass das Außenprofil im Bereich der Vorsprünge keine
Ausnehmungen oder lediglich Ausnehmungen mit geringer Querschnittsfläche aufweist.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
steht der Vorsprung in Kontakt- mit der anderen Längswand,
das heißt,
der Vorsprung ist an einer Längswand
ausgebildet und kontaktiert die gegenüberliegende Längswand.
Auf diese Weise können voneinander
im wesentlichen abgetrennte Kanäle
innerhalb des Flachrohrs geschaffen werden.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist das Flachrohr zwei gebogene Endabschnitte auf. Bevorzugt ist
wenigstens ein Endabschnitt um im wesentlichen 180 Grad gebogen, um
zu bewirken, dass die beiden Längswände bezüglich einander
im wesentlichen parallel angeordnet sind. Der zweite Endabschnitt
kann zum Abschließen des
Flachrohrs auch in an derer Weise gebogen werden, denn beispielsweise
können
im Laufe des Herstellungsverfahrens die jeweiligen Endbereiche des Grundmaterials
teilweise um einen vorgegebenen Winkel gebogen werden, um dann an
dieser Stelle zusammengefügt
zu werden.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind an einer Längswand
aus dem Material der Längswand
mehrere Vorsprünge
ausgebildet.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind an beiden Längswänden aus
dem Material der Längswände Vorsprünge ausgebildet. Dabei
kontaktieren in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform alle Vorsprünge die
jeweils gegenüberliegende
Längswand.
Auf diese Weise kann erreicht werden, dass im hergestellten Zustand
das Flachrohr mit mehreren gegeneinander im wesentlichen abgetrennten
Kammern ausgebildet wird.
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Dabei
können
die Abstände
zwischen den Vorsprüngen
derart gewählt
werden, dass das fertiggestellte Flachrohr Kanäle mit im wesentlichen gleichbleibender
Querschnittsfläche
aufweist.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist es auch möglich,
die Vorsprünge
so auszubilden, dass sie nicht die gegenüberliegende Längswand
kontaktieren, sondern einen an der gegenüberliegenden Längswand
angeordneten weiteren Vorsprung.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist wenigstens ein Vorsprung bevorzugt mehrere, besonders bevorzugt
alle Vorsprünge,
ein im wesentlichen symmetrisches Profil auf. Dies bedeutet, dass
der Vorsprung eine im wesentlichen senkrecht auf der Ebene der Längswand
stehende Symmetrieachse aufweist, bezüglich derer der Vorsprung im
wesentlichen achsensymmetrisch ausgebildet ist.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weisen die Flachrohre eine Tiefe zwischen 0,5 mm und 5 mm, bevorzugt
zwischen 0,8 mm und 4 mm und besonders bevorzugt zwischen 1 mm und 3
mm auf. Diese jeweiligen Tiefen hängen von den tatsächlichen
Anwendungen in den herzustellenden Wärmetauschern ab.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist wenigstens eine Wand eine Wandstärke zwischen 0,05 mm und 0,8
mm, bevorzugt zwischen 0,07 mm und 0,6 mm und – besonders bevorzugt – zwischen
0,1 mm und 0,5 mm auf. In Abhängigkeit von
dieser Wandstärke
werden bevorzugt die entsprechenden Vorsprünge angepasst, wobei insbesondere
auch verfahrenstechnische Rahmenbedingungen zu berücksichtigen
sind.
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Die
vorliegende Erfindung ist ferner auf ein Verfahren zur Herstellung
eines mehrkanaligen Flachrohres für einen Wärmetauscher gerichtet. Dabei
wird in einem Verfahrensschritt ein Vorsprung mit einem vorgegebenen
Profil aus einem Materialstreifen mittels einer ersten Formgebungseinheit
und einer zweiten, mit der ersten Formgebungseinheit zusammenwirkenden
Formgebungseinheit erzeugt.
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In
einem weiteren Verfahrensschritt wird das Profil des Vorsprungs
mittels einer dritten Formgebungseinheit und einer vierten, mit
der dritten Formgebungseinheit zusammenwirkenden Formgebungseinheit
verändert.
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Unter
einer Veränderung
des Profils wird verstanden, dass vorgegebene geometrische Veränderungen
an dem Vorsprung beziehungsweise dessen Querschnitt vorgenommen
werden.
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Unter
einer Formgebungseinheit wird eine Einrichtung verstanden, die derart
auf das zu bearbeitende Material einwirkt, dass dessen Gestalt zumindest
lokal verändert
wird.
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Bevorzugt
handelt es sich bei den Formgebungseinheiten um gegeneinander drehbare
Rollen. So sind bevorzugt die erste und die zweite Formgebungseinheit
als sich gegeneinander drehende Ober- und Unterrollen ausgeführt, zwischen
welchen das zu bearbeitende Material angeordnet ist. Auch bei der
dritten und vierten Formgebungseinheit handelt es sich um entsprechende
Rollen, zwischen denen das zu bearbeitende Material angeordnet ist.
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Bevorzugt
werden die Rollen so ausgeführt, dass
eine Rolle durch seitliche Abschlüsse der anderen Rolle begrenzt
wird, um auf diese Weise eine Verbreiterung des zu bearbeitenden
Materialstreifens im Laufe des Verformungsvorgangs zu verhindern.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weisen die Rollen ein im wesentlichen zylindrisches Profil auf.
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Es
wäre jedoch
auch möglich,
anstelle von Rollen zwei gegenüberliegende
Auflagen vorzusehen, zwischen denen das Material gepresst wird.
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Bevorzugt
besteht die Veränderung
des Profils in wenigstens einem Verfahrensschritt darin, dass dessen
Höhe und/oder
Breite verringert wird. Bevorzugt wird sowohl die Höhe als auch
die Breite des Vorsprungs während
dieses Verfahrensschrittes verringert. Auf diese Weise kann erreicht
werden, dass die Außenseite
des Flachrohres im Bereich des Vorsprungs eingeebnet wird, das heißt, eine
Ausnehmung in diesem Bereich verringert wird.
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Bevorzugt
wird in wenigstens einem weiteren Verfahrensschritt das Profil des
Vorsprungs weiter verändert.
Dabei wird bevorzugt wiederum die Höhe und/oder die Breite des
Profils verringert. Bevorzugt wird eine Vielzahl von Verfahrensschritten hintereinander
vorgesehen, in welchen das Profil des Vorsprungs kontinuierlich
verändert
wird, wobei diese Veränderung
jeweils zumindest in der Verringerung der Breite oder der Höhe des Profils
besteht. Diese Verfahrensschritte dienen jeweils dazu – wie oben
gesagt – eine
möglichst
ebene Außenfläche des
Flachrohrprofils im Bereich des Vorsprungs zu erreichen.
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Bevorzugt
wird in wenigstens vier, besonders bevorzugt in wenigstens sechs
Verfahrensschritten das Profil des Vorsprungs verändert. Bei
der Durchführung
zu weniger Verfahrensschritte bestünde die Gefahr, dass das zu
bearbeitende Material den dann nötigen
massiven Umformungen nicht gewachsen wäre und es so zu Rissen und
dergleichen kommen könnte.
Nach oben ist die Anzahl der Verfahrensschritte durch die gebotene
Effizienz sowohl im Hinblick auf die Herstellungskosten, als auch
im Hinblick auf den zeitlichen Aufwand begrenzt.
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Bei
einem weiteren bevorzugten Verfahren wird in einem weiteren Verfahrensschritt
eine Vorzentrierung des Vorsprungs vorgenommen. Dies wird über einen
Vorzug bevorzugt bewältigt.
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Bevorzugt
weisen die drehbaren Rollen, durch welche das Material hindurchgeführt wird,
einen im wesentlichen konstanten Abstand zueinander auf. Auf diese
Weise wird erreicht, dass das zu bearbeitende Material eine im wesentlichen
konstante Wandstärke,
beziehungsweise Dicke, aufweist. Bevorzugt ist das Material der
Rolle derart auf das zu bearbeitende Material abgestimmt, dass eine
Diffusion von Materialpartikeln verhindert wird.
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Bevorzugt
wird bei wenigstens einem Verfahrensschritt die Breite des Materialstreifens
vermindert. Das Material wird den Rollen in Form von Streifen mit
vorgegebenen Dimensionen zugeführt. Unter
der Breite des Materialstreifens wird dabei die Ausdehnung in Richtung
der Rollenachse verstanden. Durch diese Vorgehensweise kann in besonders vorteilhafter
Weise die Ausbildung des jeweiligen Vorsprungs erreicht werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bleibt bei wenigstens
einem Verfahrensschritt die Breite des Materialstreifens konstant.
Bei diesen Verfahrensschritten wird eine Formveränderung des Vorsprungs im wesentlichen
ohne Verwendung weiteren Materials aus der Umgebung des Vorsprungs
erreicht.
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Bevorzugt
werden mehrere Vorsprünge
aus dem Materialstreifen gebildet. Zu diesem Zweck kann bevorzugt
in einem ersten Verfahrensschritt die benötigte Menge an zusätzlichem
Material durch Verminderung der Länge des Streifens gewonnen
werden.
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Dabei
werden bevorzugt die Vorsprünge
in vorgegebenen Abständen
zueinander ausgebildet. Bevorzugt werden die Vorsprünge derart
gewählt, dass
das auf diese Weise hergestellte Flachrohr im wesentlichen mehrere
Kanäle
mit im wesentlichen gleichem Querschnitt aufweist.
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Bevorzugt
werden in wenigstens einem Verfahrensschritt verschiedene Vorsprünge unterschiedlichen
Formgebungsstufen unterworfen. Damit ist gemeint, dass ein bestimmter
Vorsprung bereits in seiner Form angepasst wird, während ein
weiterer Vorsprung erst gebildet wird oder ein Vorsprung bereits seine
endgültige
Form erhält,
während
ein weiterer Vorsprung noch in einem Zwischenschritt in seiner Form
angepasst wird.
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Auf
diese Weise kann unter Umständen
erreicht werden, dass mehrere Vorsprünge mit wenigen Umformschritten
so hergestellt werden, dass bereits vor- oder fertiggeformte Vorsprünge in ihrer Form
nicht mehr verändert
werden.
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Bevorzugt
wird bei einem weiteren Verfahrensschritt ein gekrümmter Abschnitt
erzeugt. Bevorzugt wird eine Krümmung
von 180 Grad erzeugt, um auf diese Weise die Längswände im wesentlichen parallel
gegenüberliegend
anzuordnen.
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Weitere
Vorteile und Ausführungsformen
ergeben sich aus den beigefügten
Zeichnungen.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Erzeugung eines Vorsprungs;
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2a eine
Darstellung der erfindungsgemäßen Formgebungseinheiten
zur Herstellung eines Vorsprungs;
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2b eine
Darstellung der Formgebungseinheiten zur Veränderung des Profils des Vorsprungs;
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2c eine
Darstellung der Formgebungseinheiten zur weiteren Veränderung
des Profils des Vorsprungs;
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3 eine
Darstellung zur Veranschaulichung des Herstellungsverfahrens für die Erzeugung einer
geraden Anzahl von Vorsprüngen;
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4 ein
durch das in 3 dargestellte Verfahren fertiggestelltes
Flachrohr;
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5 eine
Figur zur Veranschaulichung der Herstellung eines Flachrohrs mit
einer ungeraden Anzahl von Vorsprüngen;
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6 ein
durch ein Verfahren nach 5 hergestelltes Flachrohr;
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7 ein
erfindungsgemäßes Flachrohr
in einer ersten Ausführungsform;
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8 ein
erfindungsgemäßes Flachrohr
in einer zweiten Ausführungsform;
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9 ein
erfindungsgemäßes Flachrohr
in einer dritten Ausführungsform;
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10 eine
vergrößerte Darstellung
eines Vorsprungs zur Veranschaulichung der geometrischen Verhältnisse;
und
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11 ein
erfindungsgemäßes Flachrohr zur
Veranschaulichung der geometrischen Verhältnisse.
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In 1 sind
die einzelnen Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Erzeugung eines Vorsprungs dargestellt. Die einzelnen Verfahrensschritte
sind mit den arabischen Ziffern 1 bis 6 gekennzeichnet. Die jeweiligen
Kleinbuchstaben a) bis f) bezeichnen die Breite des Materials, das heißt des Materialstreifens,
während
des Herstellungsverfahrens. Die Großbuchstaben A bis F kennzeichnen
die Endpunkte des Materialstreifens.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass das in 1 dargestellte
Verfahren lediglich eine mögliche Variante
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wiedergibt. Erfindungsgemäß können auch
weitere Verfahrensschritte vorgesehen werden oder einzelne Verfahrensschritte
weggelassen werden.
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Das
Bezugszeichen L kennzeichnet die Mittellinie, bevorzugt die Symmetrieachse
des erzeugten Vorsprungs 9a bis 9f. In dem optionalen
Verfahrensschritt 1a wird durch einen Vorzug eine Vorzentrierung
des Vorsprungs 9a vorgenommen. Dies ist insbesondere dann
vorteilhaft, wenn die Vorsprünge beziehungsweise
Stege mit großen
Höhen HA bis HF erzeugt
werden sollen.
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Im
Verfahrensschritt 2 wird der Materialstreifen beziehungsweise das
Band 7 in dem dargestellten Bereich Z umgeformt. Zu diesem
Zweck weisen die jeweiligen Formgebungseinheiten, das heißt bevorzugt
die Rollen, eine sic kenähnliche
Form auf. Durch die Erzeugung des Vorsprungs 9b im Verfahrensschritt
2 wird die Gesamtbreite b des Streifens 7 erzeugt, wobei
die Gesamtbreite b geringer ist als die Gesamtbreite a, beziehungsweise
die Gesamtbreite a' in
den Verfahrensschritten 1 und 1a.
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Die
im Verfahrensschritt 2 erzeugte Höhe HB stellt
die Maximalhöhe
Hmax des Vorsprungs 9b dar, die
im Laufe weiterer Verfahrensschritte zumindest teilweise noch verringert
wird.
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In
den Stufen 2 bis 6 bleibt die Abwicklung der neutralen Faser im
Bereich Z nahezu konstant. Dies bedeutet, dass in dem Bereich Z
immer im wesentlichen die gleiche Materialmenge den Formgebungseinheiten
beziehungsweise den Rollen zugeführt
wird. Dies wird durch eine entsprechende Auslegung der jeweiligen
Formungsstadien in den Schritten 2 bis 6 durch Beibehaltung der
jeweiligen Gesamtstreifenbreiten erreicht.
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Die
Breiten des Streifens b bis f bleiben also in den Verfahrensschritten
2 bis 6 im wesentlichen konstant. Um die Gesamtstreifenbreiten
b bis f konstant zu halten, wird der Materialstreifen 7 bevorzugt mit
geeigneten Werkzeugen an den jeweiligen Endpunkten B bis F festgehalten.
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Während der
Verfahrensstufen 2 bis 6 findet damit im wesentlichen lediglich
eine Umformung des Vorsprungs 9 statt. Im einzelnen nimmt
sowohl die Höhe
H, als auch die Breite des Vorsprungs 9 ab, und die jeweiligen
Flanken 25 verlaufen steiler. Auch der Krümmungsradius
an der Spitze des jeweiligen Vorsprungs 9a bis 9f verringert
sich im Laufe des Verfahrens. Dies bedeutet, dass dasjenige Material,
welches durch Verringerung der Höhe
und der Breite eingespart wird, im wesentlichen dadurch hinzugefügt wird,
dass die Fläche
der Ausnehmung 11 unterhalb des Vorsprungs stetig verringert
wird.
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Anders
ausgedrückt,
bleibt die Breite des Streifens zwischen dem Anfangspunkt 33 und
dem Endpunkt 34 während
der Verfahrensschritte 2 bis 6 bevorzugt im wesentlichen konstant.
Während
der Verfahrensschritte 5 und 6 muss eine Schließung des Vorsprungs beziehungsweise
der Ausnehmung 11 unterhalb des Vorsprunges 11 erreicht
werden, das heißt,
die jeweiligen Flanken 29 des Vorsprungs werden aneinander
gepresst. Zu diesem Zweck wird das Material 7 im Bereich
des Vorsprungs im wesentlichen vollständig von den entsprechenden
Bereichen der Formgebungseinheiten umfasst.
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Im
Verfahrensschritt 5 kann alternativ auch der im Verfahrensschritt
4 noch offene Vorsprung durch zusammenfalten, raffen oder quetschen
geschlossen werden. Bei einer derartigen Vorgehensweise wird jedoch
nicht die Höhe
HD beziehungsweise HE wesentlich
reduziert, sondern die Gesamtstreifenbreite. In diesem Fall müsste auch
der Gefahr einer Gratbildung zwischen den quetschenden Werkzeugen
entgegengewirkt werden, und daneben wird auch kein ideal verminderter
Stegaußenhohlraum 11 erreicht.
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Ferner
ist es auch möglich,
in dem Bereich Z eine Änderung
der Streifenbreite auch in wenigstens einem der Verfahrensschritte
3 bis 6 zu erlauben, das heißt,
in den Verfahrensschritten 3 bis 6 bleibt, zumindest teilweise,
auch die Streifenbreite b bis f nicht konstant. Wird nach dieser
Variante vorgegangen, kann beim Komprimieren des Vorsprungs Material beziehungsweise
Bandmaterial zurück
in die Bandbreite, das heißt,
aus dem Bereich des Vorsprungs heraus, fließen. Eine mögliche Folge besteht darin, dass
in weiteren Verfahrensschritten zu wenig Material zur Schließung des
Außenhohlraums 11 zur
Verfügung
steht oder in den ersten Stufen mehr Material vorgezogen werden
muss. In diesem Fall können auch
stärkere
Ausdünnungen
des Materialstreifens 7 sowie eine höhere Gefahr von Rissbildung
auftreten. Ferner kann unter Umständen die erforderliche Steghöhe nicht
er reicht werden, und der Prozess wird insgesamt empfindlicher gegenüber Schwankungen
der Streifenmaterialeigenschaften.
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In
dem hier gezeigten Verfahrenschritt 6 wird eine endgültige Höhe HF erreicht, welche geringer ist, als die
Höhe HE im Verfahrensschritt 5. Gleichzeitig wird
der Bereich 11, der im Verfahrensschritt 5 noch vorhanden
ist, im wesentlichen geschlossen und daher das erfindungsgemäße glatte
Außenprofil
erreicht.
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Die
Bandbreite beziehungsweise Gesamtbreite des Streifens e wird ebenfalls
nicht weiter reduziert, das heißt,
die Bandbreite f und die Bandbreite e sind im wesentlichen gleich.
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2a zeigt
die Formgebungseinheiten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei
welchem es sich um eine obere Rolle 21 sowie eine untere
Rolle 22 handelt. Zwischen diesen Rollen ist das Flachrohrmaterial
beziehungsweise der Materialstreifen 7 angeordnet, welcher
auf diese Weise von den Rollen durch die Rollen hindurchgezogen wird.
Die untere Rolle 22 weist einen Bearbeitungsvorsprung 25 auf
und die obere Rolle 21 eine hinsichtlich ihrer Gestalt
an den Bearbeitungsvorsprung 25 angepasste Ausnehmung.
Es wäre
auch möglich, umgekehrt
die obere Rolle mit einem Vorsprung und die untere Rolle mit einer
Ausnehmung zu versehen.
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Die
Ausnehmung 26 und der Bearbeitungsvorsprung 25 sind
so aneinander angepasst, dass zwischen Ihnen das Material mit einer
vorgegebenen Dicke beziehungsweise Stärke S hindurchgeführt werden
kann.
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2a zeigt
das Rollenpaar 21, 22 bei dem Bearbeitungsschritt
2 aus 1, das bedeutet, dass der Bearbeitungsvorsprung 25 und
die Ausnehmung 26 so angepasst sind, dass der entstehende
Vorsprung die Höhe
HB aufweist.
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Zwischen
der oberen Rolle 21 und der unteren Rolle 22 sind
Spalte 13a und 13b vorgesehen. Während des
ersten Verfahrensschritts wird Material des Streifens noch in den
Bereich der Oberrolle eingezogen.
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2b zeigt
das Rollenpaar für
den Verfahrensschritt 4. In diesem Fall ist die Ausnehmung 26 derart
ausgelegt, dass der Vorsprung die dargestellte Höhe HD erreicht.
Die untere Rolle 22 weist hier keinen Bearbeitungsvorsprung
mehr auf. Die Spalte 13a und 13b zwischen der
Oberrolle 21 und der Unterrolle 22 sind mittlerweile
in ihrer Breite gegenüber
der in 2a gezeigten Vorrichtung verringert.
Die Unterrolle 22 ist beispielsweise gemäß der Streifenbreite
b von Bearbeitungsschritt 4 aus 1 ausgelegt.
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Beim
Komprimieren läuft
der Materialstreifen beziehungsweise das Band gegen die Unterrolle.
Dabei müssen
die Breiten des Streifens, sobald die in 2a gezeigte
Höhe HB erreicht wurde, in der Folge im wesentlichen
beziehungsweise möglichst
konstant gehalten werden, damit kein Bereich des Streifens aus dem
Bereich des Vorsprungs in den ebenen Bereich 7b des Streifens
fließt.
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In 2c ist
die Vorrichtung für
den in 1 gezeigten Verfahrensschritt 6 dargestellt. In
diesem Fall weist die untere Rolle 22 ebenfalls keinen
Bearbeitungsvorsprung mehr auf, und lediglich die Oberrolle 21 weist
noch eine Ausnehmung 26 auf. Diese Ausnehmung ist so angepasst,
dass sich die endgültige
Höhe HF des Vorsprungs 9 ergibt.
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Neben
dem in 2c gezeigten Verfahrensschritt
werden die Spaltbreiten 13a und 13b minimal gewählt, das
heißt,
das Material beziehungsweise das Band muss komplett von den beiden
Rollen 21 und 22 umfasst werden, damit der Vorsprung 9 derartig
umgeformt werden kann, dass der Bereich 11 unterhalb des
Vorsprungs 9 im wesentlichen vollständig geschlossen werden kann
und sich auf diese Weise auch im Bereich des Vorsprungs 9 eine
glatte Außenseite
(hier Unterseite) des Materials 7 ergibt.
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3 zeigt
das Verfahren, für
den Fall, dass mehrere Vorsprünge – genauer
gesagt, eine gerade Anzahl von Vorsprüngen – erzeugt werden soll. Die einzelnen
Verfahrensschritte wurden hier mit den Bezugszeichen I bis VIII
gekennzeichnet.
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In
einem ersten optionalen Schritt I wird durch entsprechend angepasste
Ober- und Unterrollen, das heißt,
Rollen, welche einen Bearbeitungsvorsprung sowie eine Ausnehmung,
wie in 2 gezeigt, aufweisen, eine
Mulde 31 erzeugt. Die Erzeugung dieser Mulde ist insbesondere
dann vorteilhaft, wenn die zu erzeugenden Vorsprünge eine vergleichsweise große Anfangshöhe HB aufweisen sollen.
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In
Verfahrensschritt II werden zwei Vorsprünge 9a und 9b erzeugt.
Dazu wird bevorzugt eine Oberrolle mit entsprechender Ausnehmung
sowie eine Unterrolle mit entsprechend angepasstem Bearbeitungsvorsprung
verwendet. Es ist jedoch auch möglich,
eine Unterrolle ohne Bearbeitungsvorsprung in diesem Verfahrensschritt
vorzusehen.
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Die
Bandbreite reduziert sich vom Verfahrensschritt I mit einer Streifenbreite
a hin zum Verfahrensschritt II auf eine Streifenbreite b und im
Verfahrensschritt III auf eine Streifenbreite c. Es ist jedoch auch
möglich,
im Verfahrensschritt III lediglich eine Umformung der Vorsprünge 9 vorzunehmen,
das heißt
in diesem Fall, die Streifenbreite c gegenüber der Streifenbreite b im
wesentlichen konstant zu halten.
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In
Verfahrensschritt IV werden durch geeignet angepasste Ober- und
Unterrollen zwei weitere Vorsprünge 9c und 9d erzeugt.
Zu diesem Zweck wird die Streifenbreite c im Verfahrensschritt III
auf die Streifenbreite d im Verfah rensschritt IV reduziert. Bevorzugt
weist die Unterrolle zu diesem Zweck im Bereich der neu zu erzeugenden
Vorsprünge
Bearbeitungsvorsprünge
auf.
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Bevorzugt
werden bei der Erzeugung der Vorsprünge zunächst die weiter innen liegenden
und anschließend
die weiter außen
liegenden Vorsprünge
erzeugt. Dies ist vorteilhaft, da so Material aus den jeweiligen
Außenbereichen
des Materialstreifens zur Erzeugung der neuen Vorsprünge verwendet
werden kann und verhindert wird, dass Material aus den Bereichen
anderer bereits erzeugter Vorsprünge
eingezogen wird. Es ist jedoch auch möglich, anstelle des hier gezeigten
Vorsprungs auch mehrere Vorsprünge vorzusehen
beziehungsweise zu erzeugen. Auch sind die in 3 gezeigten
Verfahrensschritte nur beispielhaft. Ebenso wäre es möglich, wesentlich mehr Verfahrensschritte
vorzusehen, sowie auch mehrere Umformungsprozesse.
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In
den Verfahrensschritten VI bis VIII findet wiederum die bereits
in 1 dargestellte Umformung der einzelnen Vorsprünge statt,
wobei jeweils wieder – wie
in 1 gezeigt – die
Flanken steiler sowie die Krümmungsradien
an der Spitze des Vorsprungs kleiner werden und die Höhen und
Breiten der Vorsprünge
reduziert werden. Dabei werden die gesamten Streifenbreiten, wie
f, g und h, im wesentlichen konstant gehalten, wie bereits unter
Bezug auf 1 erläutert.
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Der
Verfahrensschritt IV kann auch durch weitere Verfahrensschritte
ergänzt
werden, um zusätzliche
Vorsprünge
beziehungsweise Stege zu erzeugen.
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In 4 ist
ein Flachrohr gezeigt, welches durch das in 3 skizzierte
Verfahren hergestellt werden kann. Das Flachrohr 1 ergibt
sich im Querschnitt durch eine Umformung des in 3 unter
VIII. gezeigten Streifens. Dabei wird der Streifen in einem Bereich
zwischen den Vorsprüngen 9a und
9b um 180 Grad gebogen und ferner auch an den jeweiligen Endbereichen,
um auf diese Weise die gekrümmten Bereiche 18 und 19 zu
erzielen. Die Bezugszeichen 14 und 15 beziehen
sich dabei auf die entstehenden Längswände, die im wesentlichen parallel
zueinander angeordnet sind.
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Durch
weitere Formgebungsverfahren, wie beispielsweise Walzprofilieren,
können
die Vorsprünge 9a bis 9d so
angeordnet werden, dass sie die jeweils gegenüberliegende Wand (im Falle
der Vorsprünge 9b und 9d die
Wand 15, und im Falle der Vorsprünge 9a und 9c die
Wand 14) kontaktieren.
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Bevorzugt
werden die Vorsprünge 9a bis 9d beziehungsweise
deren Endbereiche mit der jeweils gegenüberliegenden Längswand
verlötet.
Ebenso werden die beiden gebogenen Endbereiche 18 und 19 miteinander
dichtverlötet.
Durch die Erzeugung der hier gezeigten vier Vorsprünge 9a bis 9d wird
ein Flachrohr mit insgesamt fünf
Kanälen
realisiert.
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In 5 sind
die Verfahrensschritte I bis VIII zur Erzeugung eines Flachrohrs
mit einer ungeraden Anzahl von Vorsprüngen, genauer gesagt, in diesem Fall
drei Vorsprüngen,
dargestellt. Bezugszeichen 41 bezieht sich auch hier auf
einen im wesentlichen ebenen beziehungsweise glatten Materialstreifen,
das heißt
ein Glattband, welches die Breite a aufweist.
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In
Verfahrensschritt II wird – ähnlich wie
im Verfahrensschritt II bei 3 – ein Vorsprung 9a erzeugt.
Dieser Vorsprung wird in Verfahrensschritt III umgeformt, wobei
bei diesem Verfahrensschritt die Streifenbreite a zunächst auf
die Breite b, und diese wiederum auf die Breite c, reduziert wird,
das heißt, die
Breite c ist geringer als die Breite b und die Breite b geringer
als die Breite a.
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In
Verfahrensschritt IV werden zwei weitere Vorsprünge 9b und 9c erzeugt.
In diesem Verfahren sind die Erzeugungen der einzelnen Vorsprünge 9a beziehungsweise 9b und 9c versetzt,
das heißt,
während
im Falle des Vorsprungs 9a schon die erste Umformung stattgefunden
hat, wurden die Ab schnitte 9b und 9c erst erzeugt.
Die Streifenbreite d wird dabei gegenüber der Streifenbreite c weiter
verringert. Auch bei dieser Variante werden bevorzugt zuerst die innenliegenden
und dann die außenliegenden
Vorsprünge
gebildet.
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In
Verfahrensschritt V werden die drei Vorsprünge 9a, 9b und 9c weiter
geformt. Dabei bleibt die Streifenbreite im wesentlichen konstant,
das heißt,
die Bandbreite e entspricht im wesentlichen der Bandbreite d.
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In
Verfahrensschritt VI findet ein weiterer Umformungsprozess der oben
beschriebenen Art statt, das heißt, die Höhe der einzelnen Vorsprünge 9a, 9b und 9c wird
verringert, ebenso wie deren Breite; dafür werden die Flanken steiler
ausgeführt
und damit die Krümmungsradien
an der Spitze des Vorsprungs geringer.
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In
einem weiteren Verfahrensschritt VII werden die Vorsprünge noch
weiter verengt, um schließlich
in Verfahrensschritt VIII geschlossen zu werden. Dabei bleiben die
einzelnen Streifenbreiten e, f, g und h im wesentlichen konstant.
Im letzten, an den Verfahrensschritt VIII anschließenden Verfahrensschritt werden
Eckfalze 42a und 42b gebogen. Diese beiden Eckfalze
führen
zu der Erzeugung eines weiteren Vorsprungs, wobei Eckfalze auch
in mehreren Verfahrensschritten erzeugbar sind.
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In 6 ist
ein Flachrohr gezeigt, welches sich aus dem in 5 gezeigten
untersten Streifen ergibt. Anders als bei der in 4 gezeigten
Ausführungsform
sind hier die Endabschnitte nicht im Bereich der Krümmungen 17 oder 18 angeordnet,
sondern im Zentralbereich. Genau handelt es sich dabei um die jeweils
hochgebogenen Falze 42a und 42b. Diese werden
miteinander verschweißt
beziehungsweise verlötet
und stellen auf diese Weise einen weiteren Vorsprung zur Verfügung.
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Auch
bei dieser Ausführungsform
kontaktieren die einzelnen Vorsprünge 9a bis 9c sowie
der sich aus den Endfalzen 42a und 42b ergebenden Vorsprung
die jeweils gegenüberliegende
Längswand
des Flachrohrs. Auch bei dieser Ausführungsform entsteht ein Flachrohr
mit fünf
Kanälen.
Das in 5 dargestellte Verfahren (Verfahrensschritt I-VIII) kann
allgemein für
Flachrohre mit einer ungeraden Anzahl von Vorsprüngen verwendet werden, während das
in 3 gezeigte Verfahren bevorzugt für Flachrohre
mit einer geraden Anzahl von Vorsprüngen Verwendung findet. Die
Ausbildung der Endfalze 42a, 42b gemäß 6 beziehungsweise
der Endfalze 18, 19 gemäß 4 ist dagegen
weitestgehend unabhängig
von der Anzahl der Vorsprünge
insbesondere auf bekannte Art und Weise möglich.
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In 7 ist
ein erfindungsgemäßes Flachrohr
dargestellt, wobei die einzelnen Dimensionen zur Veranschaulichung
dienen. Dabei wurde zum besseren Verständnis auf die Darstellung der
erfindungsgemäß glatten
bzw. ebenen Außenfläche des Flachrohres,
das heißt,
auf die Darstellung der minimierten Fläche 11 unter dem Vorsprung 9 verzichtet. Auch
wurden die Flanken des Vorsprungs nicht zusammengepresst dargestellt.
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Das
Bezugszeichen a bezieht sich den Abstand der Stege entlang einer
Längswand.
Das Bezugszeichen K bezeichnet den Abstand zweier benachbarter Stege,
die unter Umständen
eine Kammer bilden. Das Bezugszeichen T bezeichnet die Dicke des
Flachrohres.
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Bei
der hier gezeigten Ausführungsform
liegt die Dicke T bevorzugt zwischen 1 mm und 3 mm. Die Kammer beziehungsweise
Kanalgröße ist hier
in etwa halb so groß gewählt, wie
der Stegabstand (Abstand der Vorsprünge) a. Der minimale Stegabstand ist
bei dieser Ausführungsform
wenigstens doppelt so groß,
wie die Breite T. Daher ist die minimale Kammergröße beziehungsweise
Kanalgröße wenigstens genauso
groß oder
größer als
die Dicke T.
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Bei
der in 8 gezeigten Ausführungsform sind nur an der
Längswand 14 Vorsprünge 9 angebracht,
welche die Längswand 15 kontaktieren.
In diesem Fall stimmt der Stegabstand a im wesentlichen mit der
Kammer- beziehungsweise Kanalgröße K überein.
Auch bei dieser Ausführungsform
ist der minimale Stegabstand a größer als die Dicke T, was auch
hier durch das Herstellungsverfahren bedingt ist. Da der Stegabstand
a mit der Kanalgröße K übereinstimmt,
ist auch die Kanalgröße wenigstens
doppelt so groß wie
die Dicke T des Flachrohres.
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Bei
der in 9 gezeigten Ausführungsform kontaktieren die
einzelnen Vorsprünge 9 nicht
die jeweils gegenüberliegende
Längswand 14 beziehungsweise 15,
sondern an der gegenüberliegenden Längswand
ihrerseits angebrachte Vorsprünge 9. Dies
bedeutet, dass sich die Enden der Vorsprünge in etwa in der Mitte des
Flachrohres kontaktieren. Auch in diesem Fall ist, wie bei der Ausführungsform nach 8,
die Kanalgröße K im
wesentlichen gleich dem Stegabstand a. Der minimale Stegabstand
ist jedoch in diesem Fall größer oder
gleich der Dicke T des Flachrohres. Dies gilt auch für die Kammergröße beziehungsweise
Kanalgröße K.
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In
einer weiteren (nicht gezeigten) Ausführungsform ist es auch denkbar,
die einzelnen Vorsprünge
so auszuführen,
dass sie – im
Gegensatz zu der in 9 gezeigten Ausführungsform – seitlich
geringfügig
gegeneinander versetzt sind, so dass sie sich nicht an ihren jeweiligen
Enden kontaktieren, sondern an ihren Seitenflächen, wodurch eine erhöhte Verbindungsfläche erzielt
werden kann.
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10 zeigt
eine vergrößerte Darstellung
eines erfindungsgemäßen Vorsprungs 9,
bei welchem dessen Abmessungen im einzelnen dargestellt sind. Um
die in 10 gezeigte Endform zu erreichen, werden
zwischen vier und zehn Verfahrensschritte vorgesehen, in welchen
jeweils die Vorsprünge
umgeformt werden. Die Anzahl der anzuwendenden Verfahrensschritte
richtet sich nach der zu erreichenden Höhe HF,
der Wandstärke
beziehungsweise Streifendicke t sowie den Materialeigenschaften. Falls
mehrere Vorsprünge,
beziehungsweise Stege, erzeugt werden sollen, können jedoch noch weitaus mehr
Verfahrensschritte nötig
sein.
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In 10 kennzeichnet
rf den oberen Krümmungsradius,
X die Breite des Vorsprungs an dessen Spitze, Y die Breite des Vorsprungs 9 an
dessen Basis, RF den Krümmungsradius an der Basis des
Vorsprungs und rD den Krümmungsradius der Ausnehmung 11.
Die einzelnen Größen sind
miteinander teilweise korreliert.
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Die
im folgenden gezeigten Grenzen ergeben sich aus umfangreichen Löt- und Umformversuchen.
Bei diesen Versuchen wurden nach einem festgelegten System die Parameter
aufeinander abgestimmt und die Ergebnisse für die hier dargestellten Grenzen
verwendet.
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Der
obere Krümmungsradius
rf liegt bei dieser Ausführungsform
zwischen 0 und der Wandstärke
t, ist also kleiner als die Wandstärke t. Der untere Krümmungsradius
RF ist kleiner als die zweifache Wandstärke t. Die obere Breite X des
Vorsprungs liegt zwischen dem eineinhalbfachen und dem zweifachen
der Wandstärke
t. Die untere Breite Y des Vorsprungs liegt zwischen dem zweifachen
und dem zweieinhalbfachen der Wandstärke t, das heißt, die obere
Breite X ist kleiner als die untere Breite Y, was sich aus dem Ausformungsprozes
ergibt.
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Die
Höhe des
Vorsprungs HF liegt zwischen der Wandstärke t und
dem zehnfachen dieser Wandstärke
t. Auch der untere Radius der Ausnehmung rD ist
kleiner als die Wandstärke
t. Die Wandstärke
t liegt zwischen 0,05 mm, 0,8 mm, bevorzugt zwischen 0,1 mm und
0,7 mm und, besonders bevorzugt, zwischen 0,1 mm und 0,5 mm. Dies
bedeutet, dass unter einem im wesentli chen glatten Außenprofil
ein solches Profil verstanden wird, welches durch Krümmungsradien
rD bewirkt wird, welche kleiner als die
Wandstärke
t sind. 11 zeigt eine Draufsicht auf
das erfindungsgemäße Flachrohr.
Dieses weist nur einen einzigen Vorsprung beziehungsweise Steg 9 auf,
und wird daher in zwei Kanäle
unterteilt.
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Das
Verhältnis
aus der Rohrbreite b zur Rohrhöhe
H liegt zwischen 10 und 30, bevorzugt zwischen 10 und 24.
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Die
Kammer- beziehungsweise die Kanalgröße liegt zwischen einem Drittel
der Rohrbreite und der halben Rohrbreite.
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Die
Höhe des
Vorsprungs hF liegt bevorzugt zwischen der
dreifachen Wandstärke
und der achtfachen Wandstärke.
Der untere Krümmungsradius
rd ergibt sich so, dass er kleiner ist als das 0,75-fache, bevorzugt
kleiner oder gleich dem 0,5-fachen der Wandstärke t. Bei dieser Ausführungsform
liegt die Wandstärke
zwischen 0,05 mm und 0,6 mm, bevorzugt zwischen 0,1 mm und 0,4 mm
und, besonders bevorzugt, zwischen 0,15 mm und 0,3 mm. Damit verbleibt
eine Ausnehmung 11 an der Außenseite des Flachrohrs, welche
eine Fläche
von weniger als 0,01 mm2, bevorzugt weniger
als 0,006 mm2 aufweist. Dies stellt eine
erhebliche Verbesserung gegenüber
dem Stand der Technik dar.
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Die
in 10 gezeigte Ausnehmung 11 weist eine
Fläche
von weniger als 0,1 mm2, bevorzugt weniger
als 0,07 mm2 auf, was ebenfalls noch eine
erhebliche Verbesserung gegenüber
dem Stand der Technik darstellt.
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Durch
diese erhebliche Verminderung der Fläche der Ausnehmung 11 kann
das Flachrohr, wie eingangs ausgeführt, wesentlich leichter mit
dem Rohrboden verlötet
werden und mit wesentlich geringerem Aufwand eine dichte Verbindung
erreicht werden.