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Die
Erfindung betrifft ein Flachrohr für Wärmetauscher, mit zwei Schmalseiten
und zwei Breitseiten, beispielsweise für Kühlflüssigkeitskühler oder Ladeluftkühler in
Kraftfahrzeugen, welches aus wenigstens drei Teilen besteht, wobei
zwei Teile zur Bildung der Wand des Flachrohres mit Längsnähten an einer
Abstufung in der Breitseite der Wand verbunden sind und wobei das
dritte Teil einen wellenförmig verformten
Inneneinsatz mit Wellenbergen und Wellentälern und diese verbindende
Wellenflanken im Flachrohr darstellt, der darin so befestigt ist,
dass er die Schmalseiten von innen verstärkt. Ferner wird ein Herstellungsverfahren
für dreiteilige
Flachrohre vorgeschlagen.
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Das
Flachrohr ist aus der bisher unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung
DE 10 2006 006 670.7 bekannt.
Das bekannte Flachrohr eignet sich insbesondere dazu, die Blechdicken
weiter zu reduzieren, bis in den Bereich von 0,03–0,15 mm.
Mit solchen Flachrohren ausgerüstete
Wärmetauscher
erfüllen
die an sie zu stellenden Anforderungen im Bereich Kraftfahrzeuge.
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Ein
weiteres aus drei Teilen bestehendes Flachrohr ist beispielsweise
aus der
DE 197 09
934 A1 bekannt. Bei diesem Flachrohr ist allerdings der Inneneinsatz
nicht zur Verstärkung
der Schmalseiten ausgebildet worden. Dieses Flachrohr hat Nachteile, wenn
die Blechdicke bis in den genannten Dickenbereich hinein reduziert
werden soll.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Gewicht eines mit Flachrohren
gemäß der bisher
unveröffentlichten
Anmeldung ausgerüsteten
Wärmetauschers
nochmals zu reduzieren. Zur Aufgabe der Erfindung gehört es auch,
ein kostengünstiges
Herstellungsverfahren für
Flachrohre anzugeben.
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Die
erfindungsgemäße Lösung der
Aufgabenstellung ergibt sich bei dem mit den Merkmalen des Oberbegriffs
ausgerüsteten
Flachrohr durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1. In
den davon abhängigen
Ansprüchen
befinden sich weitere Merkmale des dreiteiligen Flachrohres.
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Das
erfindungsgemäße Herstellungsverfahren
für dreiteilige
Flachrohre befindet sich im Anspruch 20 und in den davon abhängigen Ansprüchen.
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Weil
der Inneneinsatz in den Wellenbergen und/oder in den Wellentälern Schlitze
aufweist, die von etwa parallel angeordneten und in Längsrichtung beabstandeten
Streifen unterbrochen sind, wurde das Einsatzgewicht des mit solchen
Flachrohren ausgerüsteten
Wärmetauschers
deutlich verringert, und zwar um das Gewicht der Ausschnitte, die
als Schlitze dargestellt sind. Je nach Ausbildung des Inneneinsatzes kann
das Gewicht des Inneneinsatzes bis zu 50% reduziert werden. Mit
anderen Worten, im Vergleich mit durchgehend gewellten Inneneinsätzen, wie
sie in der bisher nicht veröffentlichten
Anmeldung enthalten sind, und die wegen der Wellungen einen wesentlich
breiteren Streifen erfordern, um den Inneneinsatz zu fertigen, stellt
sich bei den hier vorgeschlagenen Inneneinsätzen eine lediglich geringe Reduktion
der Breite des Ausgangsstreifens gegenüber der Breite des fertigen
Inneneinsatzes ein. Diese geringe Reduktion tritt im Wesentlichen
wegen der Ausbildung der bogenartigen Ränder des Inneneinsatzes auf.
Die Schlitze sind doppel-T-förmig
ausgebildet, wobei die Wellungen durch Hoch- oder durch Hoch- und Runterstellen
von Bandabschnitten an den Schlitzen erzeugt werden.
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Es
wurde festgestellt, dass die notwendige Innendruckstabilität der Flachrohre
im genannten Einsatzbereich der damit ausgerüsteten Wärmetauscher trotzdem erreicht
werden kann. Die verbleibenden Lötflächen des
Inneneinsatzes sind groß genug, um
feste Verbindungen mit den Breitseiten des Flachrohres bereitstellen
zu können.
Bezüglich
des Druckverlustes haben sich bei Verwendung solcher Inneneinsätze ebenfalls
Vorteile eingestellt. Es wurde außerdem festgestellt, dass der
Inneneinsatz mit Schlitzen besser dafür sorgt, dass sich die beiden Wandteile
des Flachrohres im Zuge des Herstellungsprozesses nicht so einfach
quer zur Längsrichtung
auseinander schieben lassen. Das liegt daran, dass die Wellenberge
und Wellentäler
mit Schlitzen eine gewisse Federkraft von innen auf die Breitseiten ausüben, also
die Breitseiten unter Spannung setzen und damit die Verschiebung
verhindern.
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Eine
bevorzugte Weiterbildung sieht vor, dass die die Wand bildenden
zwei Teile identisch ausgebildet und so angeordnet sind, dass die
eine Längsnaht
in der einen Breitseite und die andere Längsnaht in der anderen Breitseite
des Flachrohres angeordnet ist. Jeweils ein Längsrand beider Teile läuft frei
im Inneren des Flachrohres. Dadurch wird bewirkt, dass die beiden
Teile in ihren Breitenmaßen größere Toleranzen
aufweisen dürfen,
die auch ohne die Durchführung
eines Bandbeschneideschnittes die Herstellung eines maßhaltigen
Flachrohrs ermöglichen.
Es kann bei einem gemäß Anspruch
1 ausgebildeten Flachrohr allerdings auch vorgesehen werden, dass
beide Längsnähte in ein
und derselben Breitseite angeordnet sind, wobei die beiden Teile nicht
identisch sind.
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Die
Dicke einer Schmalseite entspricht mindestens der Summe der Dicke
der drei Teile. Die Dicke der Teile der Flachrohre beträgt 0,25
mm oder weniger. Die drei Teile können die gleiche Dicke aufweisen.
Demgegenüber
können
die die Wand bildenden Teile eine Dicke von weniger als 0,25 mm,
beispielsweise 0,12 mm, aufweisen und die Dicke des dritten Teiles
kann weniger als 0,10 mm betragen.
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Die
Dicke der drei Teile kann im Bereich von 0,03 mm–0,15 mm liegen um einen kostengünstigen Wärmetauscher
mit guten Wärmeübertragungseigenschaften
bereitzustellen.
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Der
Inneneinsatz ist mit in Querrichtung des Flachrohres laufenden Wellungen
versehen, die in Längsrichtung
des Flachrohres laufende Kanäle
ausbilden. Solche geraden Wellungen sind äußerst kostengünstig und
einfach zu realisieren. Die Wellungen sind so ausgebildet, dass
die Wellenflanken etwa senkrecht auf den Breitseiten stehen oder
lediglich einen kleinen Neigungswinkel aufweisen.
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Der
Inneneinsatz ist bevorzugt einteilig, könnte allerdings auch mehrteilig
sein, weshalb von einem „wenigstens" aus drei Teilen
bestehenden Flachrohr gesprochen wird. Demnach könnten also auch vier oder mehr
Teile des Flachrohrs vorhanden sein.
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Der
derzeitig deutlich bevorzugte einteilige Inneneinsatz wird in Längsrichtung
des Inneneinsatzes bzw. des Flachrohres gewalzt, im Unterschied
zu bekannten Lamellen, die insbesondere im Bereich Ölkühlung zum
Einsatz kommen, und die gewöhnlich in
Querrichtung, d.h. in der Laufrichtung der Wellungen, gewalzt werden.
Diese Art der Herstellung ist auch eine Voraussetzung dafür, dass
das gesamte Flachrohr, das heißt
dessen drei Teile, mit enormen Bandvorschubgeschwindigkeiten und
damit sehr wirtschaftlich herstellbar ist. (siehe unten) Es liegen derzeitig
Bandgeschwindigkeiten von 100–200 m/min
oder mehr im Fokus, die von den Erfindern realisiert werden.
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Zum
Walzen des Inneneinsatzes mit Schlitzen in Längsrichtung sind zwei Walzentypen
vorgesehen, wobei die erste Walze eine Schnittwalze ist, mit der
die Schlitze erzeugt werden und die dann folgende Walze ist eine
Formwalze, mit der die Wellungen erzeugt werden. Beide Längsnähte zwischen den
beiden die Wand des Flachrohres bildenden Teilen reichen bis über die
Schmalseiten. Der Beginn der Längsnähte, nämlich die
Abstufung, liegt jedoch in den Breitseiten, wobei der Abstand der
Abstufung zur Schmalseite zweckentsprechend bestimmt werden kann.
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Der
kleine Durchmesser des Flachrohres liegt im Bereich von etwa 0,7
mm bis beispielsweise 1,5 mm, wenn solche Flachrohre in einem Kühlmittelkühler eingebaut
sind. Bei Ladeluftkühlern
kann der kleine Durchmesser auch größer als 10,0 mm sein. Der große Durchmesser
kann in weiten Bereichen frei bestimmt werden, indem ein entsprechend
breites Ausgangs-Bandmaterial zum Einsatz kommt. Die Rollenwalzen
können
zur Herstellung breiterer oder schmalerer Flachrohre einstellbar
sein. Bevorzugt werden jedoch Rollensätze, die bevorzugte Rohrabmessungen
repräsentieren,
komplett ausgewechselt. Deshalb ermöglichen die erfindungsgemäßen Flachrohre
auch die kostengünstige
Herstellung von Wärmetauschern
mit breiteren (tieferen) oder schmaleren Kühlnetzen unter Beibehaltung
nur einer einzigen Rohrreihe.
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Das
Flachrohr wird, wie erwähnt,
aus wenigstens drei Streifen oder Teilen aus Blechband hergestellt,
die durch eine Fertigungsstraße
laufen. Das komplette dreiteilige Flachrohr kommt aus der Fertigungsstraße heraus.
Da alle drei Teile relativ geringfügige oder leicht herstellbare
Umformungen aufweisen, wird erwartet, dass sich das Flachrohr auch
mit hoher Bandgeschwindigkeit und damit sehr effektiv herstellen
lässt.
Außerdem
sind die Investitionen in solche Fertigungsstraßen vergleichsweise niedrig, ebenfalls
deshalb, weil die Teile nur geringfügig verformt sind und sich
die Anzahl und Anordnung von Rollenwalzen, mittels derer die Umformung
erfolgen soll, kostengünstig
gestalten lässt.
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Das
Herstellungsverfahren für
dreiteilige Flachrohre mit zwei Wandteilen und einem Inneneinsatz,
die aus drei Streifen endlosen Bandmaterials auf einer mit Walzen
ausgestatteten Fertigungsstraße
hergestellt werden, ist gemäß eines
wesentlichen Aspekts dadurch gekennzeichnet, dass der Inneneinsatz
in Längsrichtung
des Flachrohres bzw. des Inneneinsatzes wellenförmig gewalzt und zwischen zwei
mit bogenartigen Rändern,
ebenfalls in Längsrichtung,
gewalzten Wandteilen des Flachrohres eingefügt wird, wonach die bogenartigen
Ränder
der zwei Wandteile miteinander in Eingriff gebracht werden, um das
Flachrohr zu schließen.
Dieses Herstellungsverfahren dient nicht nur der Herstellung von Flachrohren
gemäß dem Anspruch
1 sondern beispielsweise auch zur Herstellung der Flachrohre aus der
vorne genannten noch nicht veröffentlichten
Anmeldung oder zur Herstellung von ähnlichen dreiteiligen Flachrohren.
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Wenigstens
zwei Walzensätze
bzw. Walzentypen zur Herstellung des Inneneinsatzes sind dann vorhanden,
wenn Flachrohre gemäß dem Anspruch 1
hergestellt werden sollen. Der erste Walzentyp ist eine Schnittwalze
zum Einbringen von Schlitzen und anschließend ist eine Formwalze zum
Ausbilden der Wellungen im Inneneinsatz vorgesehen.
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Sind
keine Schlitze im Inneneinsatz vorhanden, wie es beispielsweise
in der bisher nicht veröffentlichten
Anmeldung vorgesehen worden ist, kann selbstverständlich auf
die Schnittwalze verzichtet werden.
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Es
kann vorgesehen sein, dass zwei gewalzte Wandteile identisch ausgebildet
werden, wobei eines der Teile über
einen gewissen Längenabschnitt des
Streifens so gedreht wird, dass der eine Rand des einen Teils den
einen Rand des anderen Teils umgreift und der andere Rand des einen
Teils vom anderen Rand des anderen Teils umgriffen wird. Diese Maßnahme kann
beispielsweise dann angewendet werden, wenn sich die Walzensätze zur
Herstellung der Wandteile nebeneinander in der Bandebene befinden.
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Bevorzugt
ist jedoch vorgesehen worden, dass zwei mit bogenartigen Rändern gewalzte
Wandteile zwar auch identisch ausgebildet, jedoch „seitenverkehrt" auf individuellen
Walzen hergestellt werden, dass die beiden parallel laufenden Wandteile zusammengeführt werden,
wobei der auf einem dritten Walzensatz hergestellte Inneneinsatz
zwischen die beiden Wandteile eingeführt wird, und dass die Wandteile
an ihren bogenartigen Rändern
in Eingriff gebracht werden, wobei der eine Rand des einen Teils
den einen Rand des anderen Teils umgreift und der andere Rand des
einen Teils vom anderen Rand des anderen Teils umgriffen wird.
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Bei
dieser bevorzugten Maßnahme
befinden sich die individuellen Walzen nicht in einer Ebene sondern
beispielsweise in zwei beabstandeten Ebenen. Dazwischen befindet
sich der dritte Walzensatz. Der Inneneinsatz wird dann gewissermaßen zwischen
die beiden Wandteile „eingefädelt".
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Um
der speziellen Gestaltung der bogenartigen Ränder der Wandteile besser entsprechen
zu können,
ist nach einem weiteren verfahrensgemäßen Aspekt vorgesehen worden,
dass das Einfügen
(Einfädeln)
des Inneneinsatzes zwischen die beiden etwa parallel laufenden Wandteile über einen
Längenabschnitt
der Streifen erfolgt, wobei sich der Inneneinsatz etwa zu Beginn
des Einfügevorgangs
in einer Schräglage
zwischen den Wandteilen befindet und sukzessive in eine horizontale
bzw. parallele Lage zwischen den Wandteilen überführt wird. Damit wird erreicht,
dass sich die bogenartigen Ränder
des Inneneinsatzes ideal an die bogenartigen Ränder der Wandteile von innen
anschmiegen. Zunächst
wird dabei der eine bogenartige Rand des Inneneinsatzes in den bogenartigen
Rand des einen Wandteiles eingelegt und danach wird die Schräglage des
Inneneinsatzes bzw. des Streifens, aus dem der Inneneinsatz hergestellt
ist, wie erwähnt,
sukzessive bis auf null reduziert, sodass auch der zweite bogenartige
Rand des Inneneinsatzes bzw. des Streifens eine qualitätsgerechte
Anlage an dem einen bogenartigen Rand des anderen Wandteiles erhält. Danach
werden beide etwa parallel laufenden Wandteile zusammengeführt und
die bogenartigen Ränder
der den Inneneinsatz umfassenden Wandteile werden geschlossen. Die
Formgebung des Inneneinsatzes ist selbstverständlich zu dem Zeitpunkt, in
dem die Schrägstellung
bzw. die Überführung des
Inneneinsatzes aus einer horizontalen Lage in eine Schräglage und
danach aus der Schräglage
wieder zurück
in eine horizontale Lage erfolgt, bereits abgeschlossen, dass heißt der Inneneinsatzes
hat die Formgebungswalzen dort bereits durchlaufen. Somit besitzt
das Flachrohr in den Schmalseiten eine wenigstens dreifache Wanddicke,
wie vorne bereits erwähnt
wurde. Die Begriffe „schräg" und „horizontal" drücken dabei
die Lage zwischen den beiden etwa parallel laufenden Wandteilen
und dem Inneneinsatz aus. Selbstverständlich können die beiden Wandteile auch
in einer Ebene laufen, die nicht horizontal ist. Dann wäre die Lage
des Inneneinsatzes schräg
zu dieser nicht horizontalen Lage der Wandteile vorzusehen. Der
Winkel der Schräglage
des Inneneinsatzes bezüglich
der Ebene der Wandteile wird zu Beginn des Einfügevorgangs etwa 25–45° betragen.
Nach dem Ende der beschriebenen Herstellungsschritte wird aus dem jetzt
vorliegenden endlosen dreiteiligen Flachrohr, der Zuschnitt der
Flachrohre auf die benötigte
Länge vorgenommen.
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Es
versteht sich, dass die Breite der Streifen zur Herstellung der
Teile im Zuge der Herstellung der Teile entsprechend reduziert wird.
Insbesondere bei der Herstellung des Inneneinsatzes mit durchgehenden
Wellungen werden zunächst
die zentralen Wellungen ausgebildet, wonach die Herstellung der
sich zu den Rändern
hin anschließenden
Wellungen und der vorzugsweise bogenartigen Ränder des Inneneinsatzes selbst
vorgenommen wird.
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Die
Wandteile sind in vorteilhafter Weise lediglich an ihren Rändern verformt.
Dazwischen, also in den späteren
Breitseiten der Flachrohre, ist demnach keine Verformung vorgesehen.
Die glatten Breitseiten führen
zu hochwertigen Lötverbindungen mit
dem Inneneinsatz und auch zu hochwertigen Lötverbindungen zwischen den
Flachrohren und den Wellrippen, die den Kern des Wärmetauschers
bilden. Das vorgestellte Herstellungsverfahren für dreiteilige Flachrohre hat
den Vorteil, dass Flachrohre mit ganz unterschiedlichen Querschnittsabmessungen, die
für Wärmetauscher,
beispielsweise bei Anwendungen in Kraftfahrzeugen, notwendig sind,
gemäß dem Verfahren
günstig
hergestellt werden können. Dazu
ist es lediglich notwendig entsprechendes Blechband einzusetzen
und die Walzensätze
auf die gewünschte
Querschnittsabmessung des Flachrohres einzurichten. Die Walzensätze sind
demnach für verschiedene
Flachrohrabmessungen einstellbar oder austauschbar.
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Ein
Wärmetauscher,
insbesondere für
Kraftfahrzeuge, mit einem Kühlnetz
aus Flachrohren und Wellrippen, weist Flachrohre auf, die nach wenigstens
einem der sich auf die Flachrohre beziehenden Ansprüche ausgebildet
sind.
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Die
Erfindung wird nun in verschiedenen Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen kurz beschrieben. Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele
kann weitere wesentliche Merkmale und Vorteile aufzeigen.
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Die 1 zeigt
ein erfindungsgemäßes Flachrohr
in einer bevorzugten Ausführungsform.
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Die 2 zeigt
ein bekanntes Flachrohr, welches jedoch einen Teil des erfindungsgemäßen Flachrohres
darstellen kann.
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Die 3 zeigt
eine erste Variante des erfindungsgemäßen Flachrohres im Querschnitt.
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Die 4–6 zeigen
Einzelheiten des Inneneinsatzes aus der 3.
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Die 7 zeigt
eine zweite, derzeitig bevorzugte, Variante des erfindungsgemäßen Flachrohres im
Querschnitt und die 8–11 zeigen
Einzelheiten des Inneneinsatzes im Flachrohr aus der 7.
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Die 12 und 13 zeigen
unterschiedliche Formen von Inneneinsätzen.
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Die 14 zeigt
Ansichten der Fertigungsstraße.
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Die 15 zeigt
die Einführstation
aus der Fertigungsstraße
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Die 16 zeigt
eine schematische Darstellung der Herstellung eines Inneneinsatzes.
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Die 17 zeigt
ein einziges Walzenpaar für eines
der Wandteile des Flachrohrs.
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Die
in allen Zeichnungen, ausgenommen 2, dargestellten
Ausführungsbeispiele
stellen bezüglich
der Anordnung und Verbindung der zwei Teile a und b, die die Wand
des Flachrohres bilden, die derzeitig bevorzugten Ausführungen
des wenigstens dreiteiligen Flachrohrs dar. Dort befindet sich die eine
Verbindungsnaht 3 in der einen Breitseite 2 des Flachrohres
und die andere Verbindungsnaht 3 ist in der anderen Breitseite 2 angeordnet.
Beide Verbindungsnähte 3 in
den Breitseiten 2 beginnen relativ nahe zu den Schmalseiten 1 des
Flachrohres und erstrecken sich über
die Schmalseiten 1 hinweg. Jedenfalls sollten die Verbindungsnähte 3 näher zur Schmalseite 1 als
zur Mitte des Flachrohres angeordnet werden bzw. beginnen. Diese
Ausführung
bzw. Anordnung der zwei Teile a und b kompensiert Toleranzen, die
im Ausgangs-Bandmaterial vorhanden sind dadurch, dass jeweils einer
der Längsränder der Teile
a und b keinen Anschlag am jeweils anderen Teil besitzt. In der 1 wurden
die angesprochenen Längsränder mit
den Bezugszeichen 40a bzw. 40b markiert. Der erwähnte Toleranzausgleich
im Blechband Bb führt
dazu, dass die Randbeschneidung des Bandes entfallen kann.
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Im
Gegensatz dazu, ist im Ausführungsbeispiel
gemäß 2 vorgesehen
worden, beide Verbindungsnähte 3 in
ein und derselben Breitseite 2 anzuordnen bzw. beginnen
zu lassen, und zwar in der unteren Breitseite 2. Wie nachvollziehbar
ist, hat dadurch das untere Teil a zwar an beiden Längsrändern 4 die
Möglichkeit
zum Toleranzausgleich, jedoch das obere Teil b hat keine Möglichkeit
Toleranzen auszugleichen, denn dessen beiden Längsränder 4 sollten jeweils
an einer Abstufung 10 des anderen Teils a anliegen. Sollten
die Längsränder 4 dort
nicht anstoßen oder
sogar überlappen,
würde sich
nämlich
ein Nachteil ergeben, der darin besteht, dass die Verbindung des
Flachrohres, beispielsweise in einer Öffnung eines Rohrbodens (nicht
gezeigt) beeinträchtigt
wäre. Die
Wandteile a und b sind bei dieser Ausführung unterschiedlich ausgebildet.
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Die
Teile a und b in der bevorzugten Ausführung gemäß 1 sind identisch
ausgebildet, jedoch mit seitenverkehrten Längsrändern 4 zueinander
angeordnet worden. Das heißt,
der eine Längsrand 4 der
Teile a und b ist mit einer Abstufung 10 versehen, an der
sich ein in die spätere
Schmalseite 1 laufender kleinerer Bogen 11 anschließt und der
andere Längsrand
ist lediglich mit einem die andere spätere Schmalseite 1 bildenden
größeren Bogen 12,
(ohne Abstufung 10) versehen, der dazu geeignet ist, am späteren Flachrohr
den kleineren Bogen 11 des jeweils anderen Teils a bzw.
b in sich aufzunehmen. In der 1 wurde
ein Teil a oder b nicht im Endzustand gezeichnet, bei dem der große Bogen 12 noch nicht
fertig hergestellt ist. Der Begriff „Bogen" soll nicht bedeuten, dass es sich dabei
um nichts anderes als um ein Halbrund handeln kann. Vielmehr bedeutet
der Begriff „Bogen" eine geeignete Geometrie,
die den Zweck erfüllen
kann. Aus der 1 kann an der rechten Schmalseite 1 die
bereits fertig gestellte Ausbildung entnommen werden. Der in der 1 noch aufgerichtet
gezeichnete Längsrand
wird umgelegt, sodass danach beide Schmalseiten 1 fertig
hergestellt sind. Das in der 1 gezeigte
Flachrohr hat allerdings – im
Unterschied zum Flachrohr gemäß 2 – den Nachteil,
dass die Teile a und b in der dort eingezeichneten Pfeilrichtung
auseinander laufen könnten.
Dieser Nachteil tritt insbesondere nach dem Zuschneiden der einzelnen
Flachrohre des Wärmetauschers
vom endlosen Band in Erscheinung. Der Nachteil wird durch das Vorsehen
des Inneneinsatzes c in ausreichendem Maße abgebaut, weil derselbe
die Breitseiten des Flachrohrs unter Spannung setzt und damit das
Auseinanderlaufen der beiden Teile a und b unterdrückt.
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Bemerkenswert
ist die Ausbildung des Teiles c, des Inneneinsatzes c, nicht nur
wegen dessen extrem dünner
Blechdicke von etwa 0,03 mm sondern auch wegen der im Folgenden
beschriebenen Ausgestaltung. Der Inneneinsatz c weist in den Wellenbergen
und/oder in den Wellentälern
Längsschlitze 20 auf,
die von etwa parallel angeordneten und in Längsrichtung LR beabstandeten
Streifen 30 unterbrochen sind. Die Streifen 30 können durchgehend ausgebildet
sein. (9, 10) Die Streifen 30 können im
Unterschied dazu unterbrochen ausgebildet sein. (5)
Die Streifenabschnitte 31 in einem Streifen 30 sind
dabei versetzt zu Streifenabschnitten 31 des nächsten Streifens 30 angeordnet.
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Die
die Wellenberge und die Wellentäler
verbindenden Wellenflanken 25 stehen etwa vertikal auf den
Breitseiten 2 des Flachrohres oder sie sind lediglich geringfügig geneigt
angeordnet. Beide Längsränder 9 des
Inneneinsatzes c sind so verformt, dass sie innen an den Schmalseiten 1 des
Flachrohres anliegen und somit beide Schmalseiten 1 verstärken. Die Dicke
jeder Schmalseite 1 entspricht somit der Summe der Dicke
der drei Teile a, b, c. Die drei Teile a, b, c können die gleiche Dicke aufweisen.
Das Dickenmaß jedes
der drei Teile a, b, c kann im Bereich von 0,03 mm–0,15 mm
liegen. Bevorzugt weisen die die Wand bildenden Teile a, b ein Dickenmaß etwa zwischen
0,10 mm–0,25
mm auf und das Dickenmaß des
dritten Teiles c beträgt
etwa zwischen 0,03–0,10 mm.
Trotz dieser geringen Blechdicken weisen beide Schmalseiten 1 des
Flachrohres eine relativ gute Stabilität auf.
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Die
Wellungen 70 des Inneneinsatzes c laufen in Querrichtung
des Flachrohres und bilden in Längsrichtung
des Flachrohres laufende Kanäle 7 aus.
Die Kanäle 7 sind
im Bereich zwischen zwei Streifen 30 bzw. 31 als
diskrete Strömungskanäle 7 ausgebildet,
da die Breitseiten 2 die Längsschlitze 20 verschließen. Der
hydraulische Durchmesser der Kanäle 7 kann
durch entsprechende Ausbildung der Wellungen bestimmt werden. Er
ist relativ klein, wenn man bedenkt, dass der kleine Durchmesser
d (7) der Flachrohre etwa 0,8 mm betragen kann und
die Anzahl der Wellungen 70 relativ groß ist.
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Wenigstens
einige der Teile a, b, c besitzen eine zweckmäßige Lotbeschichtung, denn
es ist vorgesehen, die Teile a, b, c des Flachrohrs und auch das
gesamte Kühlnetz
des Wärmetauschers
mittels Löten
zu verbinden. (nicht gezeigt) Die Teile a, b, c des Flachrohres
bestehen im Ausführungsbeispiel aus
Aluminiumblech, welches als endloses Bandmaterial zur Verfügung gestellt
wird.
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Durch
die Veränderung
des Abstandes e (1 und 2) der Verbindungsnähte 3 bzw.
der Abstufung 10 von den Schmalseiten 1 kann auch
ein abrupter Dickensprung ausgeglichen bzw. vermieden werden, der
aus thermischen Gründen
oft zu bemängeln
ist. Risse in den Rohren treten ansonsten (beim Stand der Technik)
häufig
in der Nähe
der Schmalseiten 1 auf.
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Die
Wellenflanken 25 des Inneneinsatzes c sind gemäß der bevorzugten
Ausführung
durch flache Abschnitte miteinander verbunden, die innen mit den
Breitseiten 2 verlötet
sind. Solche Bauformen von Lamellen oder Inneneinsätzen c bezeichnet
man häufig
als flat-top – Lamelle.
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Die
Längsränder 9 des
Inneneinsatzes c besitzen eine Abstufung und ein daran anschließendes Halbrund,
welches die Schmalseiten 1 verstärkt. In der 1 wurden
die Ränder 9 nicht
bogenartig gezeichnet, obwohl sie tatsächlich bogenartig sein sollten,
wie beispielsweise in den 7 und 8 zu sehen
ist.
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Das
bevorzugte Flachrohr gemäß der 7 unterscheidet
sich von dem Flachrohr gemäß der 3 durch
die unterschiedliche Gestaltung des Inneneinsatzes c. In der 3 „pendeln" die Wellungen etwa
um die Mittelebene des Flachrohres bzw. des Inneneinsatzes c und
in der 7 sind die Wellungen 70 zu einer Seite
der Bandebene hin ausgebildet. Die Bandebene liegt dort nicht in
der Mittelebene sondern, wie die 7 zeigt,
liegt sie etwa an der unteren Breitseite des Flachrohres. Ferner
hat die Ausführung
gemäß der 7 die
Schlitze 20 nur in den Wellenbergen, während bei der 3 in
den Wellenbergen und in den Wellentälern Schlitze 20 angeordnet
worden sind.
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Die 12 und 13 zeigen
darüber
hinaus, dass man den Inneneinsatz c auch mit wenigstens einem Trennsteg 50 ausbilden
kann, um mehrere Strömungskammern
im Flachrohr bereitzustellen. Damit kann eine Flusstrennung des
in dem Flachrohr strömenden
Mediums zur Verfügung
gestellt werden, wobei das Medium beispielsweise in der einen Strömungskammer
hin und in der anderen Strömungskammer
zurück
strömen
kann. Die Wandteile a und b wurden dort lediglich gestrichelt dargestellt.
Sie können
gemäß dem derzeitig
bevorzugten Ausführungsbeispiel
aus der 1 ausgebildet sein.
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Die
vorgeschlagenen Flachrohre sind natürlich nicht nur für Kühlflüssigkeitskühler und
Ladeluftkühler,
sondern auch für
andere Anwendungen, z. B. für Ölkühler, insbesondere
im Kraftfahrzeugbereich aber auch außerhalb dieses Bereiches geeignet.
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Das
Herstellungsverfahren für
dreiteilige Flachrohre, mit zwei Wandteilen a, b und einem Inneneinsatz
c, aus drei Streifen endlosen Bandmaterials auf einer mit Walzen 60 ausgerüsteten Fertigungsanlage,
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Inneneinsatz c in Längsrichtung
LR des Flachrohres bzw. des Inneneinsatzes c gewalzt und zwischen zwei
mit bogenartigen Rändern 4, 11, 12,
ebenfalls in Längsrichtung
gewalzten Wandteilen a, b des Flachrohres eingefügt wird. Das Einfügen geschieht
so, dass die Ränder 9 des
Inneneinsatzes an den bogenartigen Rändern der Wandteile a, b von
innen anliegen. Danach oder gleichzeitig werden die bogenartigen
Ränder 4, 11, 12 der
zwei Wandteile a, b miteinander in Eingriff gebracht, um das Flachrohr
zu schließen.
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Zur
Herstellung von Inneneinsätzen
c mit Schlitzen 20 ist vorgesehen, dass wenigstens zwei Walzentypen
zur Herstellung des Inneneinsatzes c vorhanden sind, wobei zunächst wenigstens
eine Schnittwalze zum Einbringen der Schlitze 20 und anschließend wenigstens
eine Formwalze zum Ausbilden von Wellungen im Inneneinsatz c vorgesehen wird.
(nicht gezeigt) Diese Maßnahme
hat den wichtigen Vorteil, dass die Wellungen durch einfaches Hochstellen
(7, 8) oder Hoch- und Runterstellen
(3, 4) der an den Schlitzen 20 liegenden
Bandabschnitte erzeugt werden können.
Die Schlitze 20 sind doppelt-T-förmig ausgebildet, wobei das
Hoch- bzw. das Hoch- und Runterstellen an den Bandabschnitten vorgesehen
ist, die am vertikalen Schenkel des Doppel-T vorhanden sind. In
den 10 und 11 wurden
zwei Doppel-T mit Strichlinien eingezeichnet, um Vorstehendes zu
verdeutlichen.
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Bei
durchgehenden Wellungen 70 (1) ist eine
entsprechende Vielzahl von Walzensätzen erforderlich, um sukzessive
von innen nach außen
die Wellungen 70 auszubilden. (siehe unten 16)
Die gesamte Fertigungsstraße
wird sich über
eine Länge von
etwa 20 Metern oder mehr erstrecken können.
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Die
zwei mit bogenartigen Rändern 11, 12, 4 gewalzten
Wandteile a, b sind gemäß dem das
Herstellungsverfahren betreffenden Ausführungsbeispiel identisch ausgebildet.
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Sie
könnten
jedoch auch nicht identisch sein, wie in der 2 gezeigt
ist. Bei solchen nicht identischen Flachrohren (2)
werden die beiden Wandteile a, b mit unterschiedlich ausgeformten
bogenartigen Rändern 4 ausgebildet.
Die Wandteile a, b werden unter Zwischenfügung des Inneneinsatzes c zusammengeführt, wobei
jeder Rand 4 des einen Teiles a jeweils einen Rand 4 des
anderen Teils b umgreift und die Ränder 9 des Inneneinsatzes
c innen an den Schmalseiten 1 des Flachrohres anliegen.
(nicht als Verfahrensschritt gezeigt, aber mit Blick auf 2 für den Fachmann
verständlich).
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Die
identischen Wandteile a, b des gezeigten Ausführungsbeispiels werden hingegen
seitenverkehrt auf individuellen Walzen 60 hergestellt.
Auch diese beiden Wandteile a, b werden zusammengeführt, wobei
der auf einem dritten Walzensatz hergestellte Inneneinsatz c zwischen
die beiden Wandteile a, b eingeführt
wird. Die Wandteile a, b werden an ihren bogenartigen Rändern 11, 12, 4 in
Eingriff gebracht, wobei – im
Unterschied zu nicht identischen Wandteilen – der eine Rand 12, 4 des
einen Teils a den einen Rand 11, 4 des anderen
Teils b umgreift und der andere Rand 11, 4 des
einen Teils a vom anderen Rand 12, 4 des anderen
Teils b umgriffen wird.
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Das
Einfügen
des Inneneinsatzes c (15) zwischen die beiden parallel
laufenden, identischen aber seitenverkehrt angeordneten Wandteile
a, b erfolgt über
einen Längenabschnitt
der endlosen Streifen, wobei sich der Inneneinsatz c, bzw. der Streifen aus
dem der Inneneinsatz c entsteht, etwa zu Beginn des Einfügevorgangs
in einer Schräglage
zwischen den Wandteilen a, b bzw. zwischen den Streifen aus denen
die Wandteile a, b entstehen, befindet und sukzessive in eine horizontale
bzw. parallele Lage zwischen den Wandteilen a, b überführt wird.
Mit der Veränderung
bzw. der Verringerung der Schräglage des
Inneneinsatzes c werden gleichzeitig die parallelen Wandteile a,
b sukzessive zusammengeführt,
um den Inneneinsatz c in sich aufzunehmen. Wenn sich die bogenartigen
Ränder 11, 12 der
Wandteile a, b im Eingriff befinden, werden die Bögen 12 mit
Hilfe der Walzen 60 umgelegt, um das Flachrohr zu schließen. Mit
dieser Maßnahme
wird eine ideale Anlage des Inneneinsatzes c mit seinen Längsrändern 9 in
den jeweiligen Schmalseiten 1 des Flachrohres sichergestellt.
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Die
angesprochenen Walzensätze 60 können für Flachrohre
mit unterschiedlichen Querschnittsabmessungen einstellbar sein,
was in der 17 durch die Doppelpfeile kenntlich
gemacht wurde. Es kann jedoch vorteilhafter sein, die gesamten Walzensätze 60 (Walzenbänke) zu
wechseln, also einen Werkzeugwechsel vorzunehmen, was schneller
vonstatten gehen kann, als eine Vielzahl von Walzen neu justieren
zu müssen.
Ferner sind Walzensätze 60 ohne
individuelle Einstellbarkeit derselben wesentlich kostengünstiger
herzustellen. Deshalb wird man bevorzugt mehrere Walzensätze, die
verschiedene bevorzugte Rohrabmessungen realisieren können, bereitstellen.
Die Aufnahmen für
das Blechband gestatten den Einsatz von Blechbandbreiten innerhalb eines
weiten Breitenbereiches. Die Breite des Bandes zur Herstellung des
Inneinsatzes c ist in der Regel wesentlich größer als die Breite der Bänder zur Herstellung
der Wandteile a, b, weil der Inneneinsatz c Wellungen und eine Randumformung 9 aufweist, wohingegen
die Wandteile a, b lediglich eine Randumformung 11, 12 besitzen
sollen.
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Wie
die 14 zeigt, werden im Ausführungsbeispiel drei Blechbänder Bb
(coils) eingesetzt. Ein Blechband Bb dient der Herstellung des einen Wandteils
a, ein anderes Blechband dient der Herstellung des zweiten Wandteiles
b, und das dritte, breiteste Blechband Bb (14 in
der Mitte) dient der Herstellung des Inneneinsatzes c. Die abspulenden
Blechbänder
laufen zunächst über Rolleneinrichtungen,
die eine bestimmte Pufferung von Bandmaterial Bb gestatten. Zu erkennen
sind in der 14 dazu dienende Bandschlaufen.
Die Herstellung des Flachrohres beginnt mit der Herstellung bzw.
mit der Umformung des Inneneinsatzes c. Über diese erste Wegstrecke
der Fertigungsstraße
werden im gezeigten Ausführungsbeispiel
die Blechbänder
Bb für
die Wandteile a, b lediglich geführt,
ohne umgeformt zu werden. Die Führung
ist so ausgestaltet, dass der Inneneinsatz c sich bereits zwischen
den beiden Wandteilen a, b befindet.
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Es
ist sicherlich auch möglich,
die Blechbänder
Bb zur Herstellung der Wandteile a, b etwa dort zu positionieren,
wo die Umformung des Inneneinsatzes c fast abgeschlossen ist, also
d.h. die beiden Blechbänder
müssten
nicht über
eine lange Wegstrecke ohne Umformung geführt werden.
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Die 16 zeigt
in rein schematisierter Form, wie ein gewellter Inneneinsatz c ohne
Schlitze 20 also mit durchgehenden Wellungen 70 hergestellt wird.
Das Blechband Bb durchläuft
in Pfeilrichtung mehrere Walzenpaare 60 (gezeigt sind lediglich
drei in einer Ansicht von oben) Das erste Walzenpaar 60 weist
beispielsweise zwei Rillen 80 oder dergleichen zur Ausbildung
von zwei zentralen Wellungen 70 auf. Das nächste Walzenpaar 60 besitzt
bereits vier Rillen 80, um entsprechend mehr Wellungen 70 zu
erzeugen. Die Bandbreite wird im Zuge der weiteren Ausbildung von
Wellungen 70 reduziert, wie die Darstellung erkennen lassen
sollte. Zum Schluss werden die bogenartigen Ränder 9 des Inneneinsatzes
c ausgebildet. (nicht gezeigt)
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Im
Ausführungsbeispiel
gemäß 14 läuft ein
Wandteil a oberhalb des Inneneinsatzes c und ein Wandteil b läuft unterhalb
des Inneneinsatzes c. Die Teile a, b, c laufen bereits parallel
zueinander. Wenn die Formgebung des Inneneinsatzes c beendet ist, beginnt
die Formgebung der Wandteile a, b. Dieser Abschnitt der Fertigungsstraße kann
wesentlich kürzer
sein, als der davor liegende Abschnitt, in dem der Inneneinsatz
c ausgebildet wird, weil die Umformung der Wandteile a, b vergleichsweise
gering ist. Daran anschließend
beginnt, die Zusammenführung
der Wandteile a, b und gleichzeitig das „Einfädeln" des Inneneinsatzes c. Dazu wird der
Inneneinsatz c aus der horizontalen Lage zunächst in eine Schräglage von
etwa 30–40° gebracht
und die Wandteile a, b nähern
sich einander an. (1 und 15) Dabei wird
der eine Längsrand 9 des
Inneneinsatzes c weiterhin an einen bogenartigen Rand 11 des
einen Wandteiles b angelegt. Dann greift der andere Längsrand 9 in
den bogenartigen Rand 11 des anderen Wandteiles a ein,
da gleichzeitig die Wandteile a und b weiter angenähert werden.
Schließlich
liegen alle Teile a, b, c parallel zueinander. Die bogenartigen Ränder 12 der
Teile a und b werden geschlossen, was dazu führt, dass der Inneneinsatz
c fest und unter einer gewissen elastischen Spannung stehend zwischen
den Wandteilen a und b zu liegen kommt. Im Anschluss daran kann,
falls erforderlich, eine Richtstation vorgesehen werden, um das
endlose Flachrohr mit Hilfe von weiteren Rollensätzen gerade nachzurichten bzw.
auszurichten. Dann werden die Flachrohre auf eine vorbestimmte Länge zugeschnitten.
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Die
zugeschnittenen Flachrohre werden mit Wellrippen zum Kühlnetz des
Wärmetauschers
zusammengelegt. Das Kühlnetz
oder der gesamte Wärmetauscher
wird in einem Lötofen
gelötet.
Dabei verlöten
die Wellrippen mit den Flachrohren und die Flachrohre mit ihren
Inneneinsätzen.
(nicht gezeigt)