DE102006035210B4

DE102006035210B4 - Flaches Wärmetauscherrohr und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102006035210B4
Application number: DE102006035210.6A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Zobel Werner; Rainer Käsinger
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Innerio Heat Exchanger GmbH
Priority date: 2006-07-29
Filing date: 2006-07-29
Publication date: 2016-10-06
Anticipated expiration: 2026-07-30
Also published as: DE102006035210A1

Abstract

Flaches Wärmetauscherrohr aus einem einzigen endlosen Blechstreifen mit zwei Längsrändern (10, 11), zwei Schmalseiten (1.2) und zwei Breitseiten (1.1), wobei das Wärmetauscherrohr in beiden Schmalseiten (1.2) verstärkt ist, wobei die Längsränder (10, 11) umgeformt sind, wobei der eine umgeformte Rand am anderen umgeformten Rand anliegt und die eine Schmalseite (1.2, S2) bildet, und wobei die andere Schmalseite (1.2, S1) durch eine in einer Faltung (F) des Blechstreifens liegende Biegung gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein flaches Wärmetauscherrohr aus einem einzigen endlosen Blechstreifen mit zwei Längsrändern, zwei Schmalseiten und zwei Breitseiten, wobei das Wärmetauscherrohr in beiden Schmalseiten verstärkt ist. Außerdem wird ein Herstellungsverfahren für flache Wärmetauscherrohre vorgestellt. Das beschriebene Wärmetauscherrohr ist aus der älteren Patentanmeldung DE 10 2006 002 789 A1 bekannt. Die 1 zeigt einige Ausführungen aus diesem nachveröffentlichten Stand der Technik. Im Unterschied zu sonst üblichen Wärmetauscherrohren besitzt dieses Rohr zwei verstärkte Schmalseiten, weshalb es besonders vorteilhaft ist, wenn das Rohr aus einem endlosen Blechstreifen hergestellt werden soll, dessen Blechdicke im Bereich zwischen 0,03 mm und 0,15 mm oder etwas mehr liegen soll. Außerdem gibt es eine beachtliche Anzahl von Veröffentlichungen über Wärmetauscherrohre, die auch aus einem einzigen Blechstreifen bestehen, die allerdings nur eine einzige verstärkte Schmalseite aufweisen. Solche Wärmetauscherrohre erschweren, insbesondere dann, wenn sie in dem genannten Wanddickenbereich liegen sollen, die Herstellung des Wärmetauschers, weil darauf zu achten ist, an welcher Seite des Wärmetauschers die eine verstärkte Schmalseite liegen muss. Außerdem gibt es Anwendungen, die aufgrund robuster Einsatzbedingungen zwei verstärkte Schmalseiten verlangen. Für diese Anwendungen sind solche Rohre demnach nicht zu verwenden. Die GB 683 161 A zeigt ein flaches Wärmetauscherrohr, dessen Rohrwand aus zwei Blechstreifen besteht. Die US 2 912 749 A zeigt ein flaches Wärmetauscherrohr, bestehend aus einem einzigen Blechstreifen, mit zwei Längsrändern, zwei Schmalseiten und zwei Breitseiten, wobei beide Schmalseiten des Wärmetauscherrohrs verstärkt sind, wie es oben beschrieben wurde. Die Verstärkungen bestehen aus mehreren paketartig aufeinanderliegenden Faltungen in dem Blechstreifen. Dieses Merkmal trifft auch auf die erwähnte GB – Schrift zu. Die US 2003/0024694 A1 zeigt ebenfalls ein flaches Wärmetauscherrohr, dessen Rohrwand aus zwei Blechstreifen aufgebaut ist. Die Blechstreifen weisen ebenfalls Faltungen auf.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines alternativen flachen Wärmetauscherrohres mit zwei verstärkten Schmalseiten sowie eines geeigneten Herstellungsverfahrens für flache Wärmetauscherrohre. Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus dem Wärmetauscherrohr mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und aus einem Herstellungsverfahren, das die Merkmale des Anspruchs 6 aufweist. Die abhängigen Ansprüche stellen verschiedene Weiterbildungen dar. Es ist vorgesehen, dass die Längsränder umgeformt sind, wobei der eine umgeformte Rand am anderen umgeformten Rand anliegt, um die eine Schmalseite zu bilden und dass die andere Schmalseite in einer Faltung des Blechstreifens ausgebildet ist. Diese Schmalseite kann wenigstens eine dreifache Wanddicke aufweisen. Im Unterschied zum oben beschriebenen Stand der Technik, wo die Schmalseiten durch die Faltung/en gebildet wird, wird also hier durch eine in der Faltung liegende Biegung von etwa 180° die andere Schmalseite ausgebildet. Somit ergibt sich ein Wärmetauscherrohr, welches insbesondere in Wanddickenbereichen von 0,03–0,15 mm seine Vorteile hat, aber natürlich auch bei größeren oder noch kleineren Wanddicken eingesetzt werden kann. Die Verstärkungen sind bei dem vorgeschlagenen Wärmetauscherrohr in den Bereichen vorhanden, in denen sie erforderlich sind, und in anderen Bereichen, beispielsweise in den Breitseiten, über die sich hauptsächlich der Wärmeaustausch abspielt, wird das Rohr mit den erwähnten sehr geringen Wanddicken ausgebildet. Das Gewicht des Wärmetauschers wird dadurch verringert und dessen Wärmetauschfähigkeit hat sich aufgrund der geringen Wanddicken ebenfalls verbessert, weil die Breitseiten des Wärmetauscherrohres eben ausgebildet werden, sodass sie exzellente Lötverbindungen mit den Rippen versprechen, die bei einem Wärmetauscher zwischen den Wärmetauscherrohren angeordnet werden. Sämtliche Verbindungen des Wärmetauscherrohres sind als Hartlötverbindungen vorgesehen. Es ist weiter vorgesehen, dass die eine Schmalseite wenigstens eine doppelte Wanddicke aufweist. Allerdings bleibt die Möglichkeit erhalten, auch diese Schmalseite noch weiter zu verstärken, indem beispielsweise die Längsränder des Blechbandes ebenfalls mit entsprechenden Faltungen ausgebildet werden. Faltungen im Sinne dieses Vorschlages sind unmittelbar aneinander anliegende Abschnitte des Rohres bzw. des Blechbandes mit wenigstens einer Biegung um 180°.
Das Herstellungsverfahren für flache Wärmetauscherrohre mit zwei Schmalseiten und zwei Breitseiten, das aus einem einzigen endlosen Blechstreifen mit zwei Längsrändern auf einer Walzenstraße oder dergleichen hergestellt wird, sieht erfindungsgemäß vor, dass in dem Blechstreifen wenigstens eine Faltung hergestellt wird, dass in der wenigstens einen Faltung eine Biegung zur Bildung der anderen Schmalseite hergestellt wird, und dass die eine Schmalseite dadurch gebildet wird, dass der eine Längsrand des Blechstreifens an den anderen Längsrand desselben gelegt und das flache Rohr geschlossen wird. Es kommt darauf an, dass alle Schritte des Herstellungsverfahrens ausgeführt werden, wobei die Reihenfolge der Schritte durchaus veränderbar ist. Beispielsweise könnte zuerst oder auch gleichzeitig mit der Ausbildung der Faltung auch die Ausbildung der beispielsweise bogenartig umgeformten oder gefalteten Ränder vorgenommen werden. Es ist bevorzugt vorgesehen, dass ein Inneneinsatz in das Wärmetauscherrohr eingefügt wird. Der Inneneinsatz wird nach der Herstellung der einen Schmalseite in das noch teilweise offene Rohr eingeführt. Es kann jedoch anstelle des Innensatzes auch vorgesehen werden, dass eine oder auch beide Breitseiten des Wärmetauscherrohres mit weiteren Faltungen ausgerüstet werden, um das Wärmetauscherrohr mit mehreren Kammern auszubilden, wie es in dem genannten internen Stand der Technik zu sehen ist. Wenn beide Längsränder des Blechstreifens bogenartig umgeformt werden, wobei der eine bogenartig umgeformte Rand mit einem größere Bogen ausgestattet wird als der andere bogenartige Rand, und wenn der größere bogenartige Rand um den kleineren bogenartigen Rand geformt wird, entsteht der Vorteil, dass das fertig hergestellte Flachrohr nicht aufklaffen kann. Trotzdem können die Längsränder auch mit anderen als mit bogenartigen Umformungen versehen werden.
Weitere Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten und sollen als an dieser Stelle niedergelegt angesehen werden. Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Figuren in Ausführungsbeispielen beschrieben. Aus der Beschreibung können weitere Merkmale und Vorteile hervorgehen, die sich später möglicherweise als besonders bedeutsam herausstellen können.
Die 1 zeigt drei Wärmetauscherrohre aus dem nachveröffentlichten Stand der Technik im Querschnitt.
Die 2 zeigt ein Wärmetauscherrohr in einigen Zwischenschritten des Herstellungsprozesses.
Die 3 zeigt eine Vergrößerung aus der 2.
Die 4 zeigt eine Seitenansicht der Walzenstraße auf der das Rohr hergestellt werden kann.
Die 5 zeigt ein weiteres Wärmetauscherrohr.
Der beiliegende Anspruch 1 soll ein Rohr schützen, das in der 2 bzw. 3 gezeigt wird. Der das Herstellungsverfahren betreffende Anspruch 6 führt ebenfalls zu einem Rohr, welches in der 2 bzw. 3 gezeigt wird. Jedoch führt dieses Herstellungsverfahren auch beispielsweise zu einem Rohr, bei dem die eine Schmalseite S2 gemäß 1 ausgebildet sein kann und die andere Schmalseite S1 kann wie in der 2 gezeigt ausgebildet sein. Beide Schmalseiten S1 und S2 dieses flachen Wärmetauscherrohres sind verstärkt. Es sollte klar sein, dass die eine Schmalseite S2 in weiteren nicht gezeigten Varianten ausgeführt sein könnte, ohne den hier beanspruchten Bereich zu verlassen. Gemäß der 4 werden zwei endlose Blechstreifen jeweils auf einem Rollenband zur Verfügung gestellt. Als Werkstoff kommt eine geeignete Aluminiumlegierung als bevorzugte Wahl in Betracht. Aus dem einen endlosen Blechstreifen wird das Rohr hergestellt und aus dem anderen endlosen Blechstreifen wird der Inneneinsatz IE gefertigt. Gleich am Anfang der Walzenstraße, wo die Blechbänder im Wesentlichen noch nicht umgeformt sind, werden in solchen Abständen, die den einzelnen Rohrlängen entsprechen, Perforationen im Blechband eingebracht. Im Anschluss daran beginnt die Umformung der Blechbänder. Die Umformung des Blechbandes, aus dem das Rohr entsteht, erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel so, wie es in der 2 in verschiedenen Zwischenstufen zu sehen ist. Zunächst wird eine Faltung F erzeugt und parallel dazu wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel bereits mit der Umformung der beiden Längsränder 10 und 11 begonnen. In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel wird nur einer der Längsränder 10 oder 11 umgeformt, beispielsweise mit Faltungen versehen. Der andere Längsrand bleibt unverformt. Zurück zur 2, wo der eine Längsrand 10, jener mit dem kleineren Bogen, hier schon fertig ausgebildet wird. Der andere Längsrand 11 wird zunächst nur mit einer einfachen Abbiegung ausgestaltet, die später zu dem größeren Bogen umgeformt bzw. weitergebildet wird, der den kleineren Bogen am einen Längsrand 10 in sich aufnehmen soll. In der zweiten Darstellung von oben in 2 wird dann die Faltung F durch Hinzufügen einer weiteren Faltung komplettiert. Im Bereich der Faltung F liegt jetzt bereits eine dreifache Dicke des Blechbandes vor. In der dritten Darstellung in 2 ist dann erkennbar, dass in dieser Faltung F mit der Ausbildung der anderen Schmalseite S1 durch Biegung in der Faltung F begonnen wird. In dieser Zwischenstufe wird im Ausführungsbeispiel auch eine Abstufung A in der einen Breitseite 1.1, unmittelbar angrenzend an die Faltung F, hergestellt, um außen eine ebene Fläche bereitstellen zu können. Die Abstufung A ist in der Vergrößerung in 3 besser zu erkennen. Die ebene Fläche ist auch vorteilhaft, wenn das Wärmetauscherrohr in Öffnungen eines Rohrbodens eingelötet, geschweißt oder geklebt werden soll (nicht gezeigt). Wenn das Rohr einen Inneneinsatz IE aufweisen soll, so wird dieser in einem Fertigungszustand eingefügt, der etwa zwischen der dritten und der vierten Darstellung von oben vorhanden ist. Der gewellte Inneneinsatz IE, dessen Herstellung auf der Walzenstraße nicht detailliert gezeigt ist, wird zunächst mit einem seiner Längsränder 20, 21 entweder in den kleinen Bogen am Längsrand 10 an – oder eingelegt oder aber zunächst in die zu bildende andere Schmalseite S1 eingelegt, wie in den 2 und 3 zu sehen ist. Der Inneneinsatz IE steht beim Einfügen in diesem Stadium unter einer gewissen Vorspannung, das heißt, er wölbt sich geringfügig von der sich an den kleinen Bogen anschließenden Breitseite 1.1 ab und wird dann beim vollständigen Schließen des Rohres mit seinem anderen Rand von innen in die eine Schmalseite S2 (oder S1) gedrückt. Auf der Walzenstraße in der 4 wurde der Einfügebereich E mit einer Klammer gekennzeichnet. Vor dem Einfügen des Inneneinsatzes IE muss ggf. noch dafür gesorgt werden, dass die eingangs erwähnten Perforationen am Inneneinsatz IE und am Rohr exakt auf einer Höhe liegen bzw. übereinstimmen, damit die einzelnen Rohre später dort abgetrennt werden können. Somit kann dort auch ein Bereich vorhanden sein, in dem die erwähnte Übereinstimmung Ü hergestellt wird. Schließlich wird der große Bogen am Längsrand 11 ausgebildet und um den kleinen Bogen am Längsrand 10 gelegt, womit das Rohr komplett geschlossen ist, wie es aus der untersten Darstellung in der 2 erkennbar ist. Die oben erwähnte geringe Wölbung des Inneneinsatzes IE wird dabei beseitigt, wobei beide verformten Längsränder 20, 21 des Inneneinsatzes IE zur Anlage in den Schmalseiten S1 und S2 des Rohres kommen.
Im Unterschied zur 2 zeigt die 5 eine andere Ausbildung der verstärkten Schmalseite S2 des flachen Rohres. Zunächst ist auch bei dem Rohr gemäß 5 vorgesehen, dass in dem Blechstreifen wenigstens eine Faltung F ausgebildet wird und dass in der wenigstens einen Faltung F eine Biegung zur Bildung der anderen verstärkten Schmalseite 1.2, S1 hergestellt wird. Dann wird auch in der 5 die eine verstärkte Schmalseite 1.2, S2 dadurch gebildet, dass der eine Längsrand des Blechstreifens an den anderen Längsrand des Blechstreifens gelegt und das flache Rohr geschlossen wird. Dieser letzte Verfahrenschritt geschieht in diesem Ausführungsbeispiel durch gemeinsames Biegen oder Falten des einen Längsrandes 22 des Inneneinsatzes IE mit den beiden Längsrändern 10, 11 des Blechstreifens, aus dem das flache Rohr hergestellt wird. Der Längsrand 22 des Inneinsatzes IE liegt dabei zwischen den beiden Längsränderns 10, 11 des Blechstreifens. Natürlich ist die letzte Darstellung in der 5, unten rechts, noch nicht der Endzustand des Rohres. Die Faltungen müssen noch aneinander angelegt werden, wie der Fachmann wohl erkennen kann. Die Anzahl der Faltungen bzw. Biegungen bestimmt die Stabilität in dieser Schmalseite S2. Für viele Anwendungen ist wenigstens eine Faltung weniger als in der Darstellung gezeigt wird bereits vollkommen ausreichend.
Die Wärmetauscherrohre werden mit Rippen zum so genannten Netz eines Wärmetauschers zusammengesetzt. Das Netz wird gelötet, wobei auch jedes Rohr in sich und mit den Rippen verlötet wird. Dabei verlötet auch der Inneneinsatz IE mit den Breit – und Schmalseiten 1.1, 1.2 des Rohres, wodurch trotz der extrem geringen Dicke des Blechstreifens sehr gute Festigkeitseigenschaften, beispielsweise Innendruckstabilität geschaffen worden sind.

Claims

Flaches Wärmetauscherrohr aus einem einzigen endlosen Blechstreifen mit zwei Längsrändern (10, 11), zwei Schmalseiten (1.2) und zwei Breitseiten (1.1), wobei das Wärmetauscherrohr in beiden Schmalseiten (1.2) verstärkt ist, wobei die Längsränder (10, 11) umgeformt sind, wobei der eine umgeformte Rand am anderen umgeformten Rand anliegt und die eine Schmalseite (1.2, S2) bildet, und wobei die andere Schmalseite (1.2, S1) durch eine in einer Faltung (F) des Blechstreifens liegende Biegung gebildet ist.
Flaches Wärmetauscherrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Schmalseite (1.2, S2) wenigstens eine doppelte Wanddicke aufweist.
Flaches Wärmetauscherrohr nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Schmalseite (1.2, S1) wenigstens eine dreifache Wanddicke aufweist.
Flaches Wärmetauscherrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsränder (10, 11) bogenartig ausgebildet sind, wobei der eine Rand einen größeren Bogen aufweist als der andere Rand.
Flaches Wärmetauscherrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Längsränder (10, 11) gefaltet sind und zur Bildung der einen Schmalseite (1.2, S2) aneinander anliegen.
Herstellungsverfahren für flache Wärmetauscherrohre mit zwei Schmalseiten (1.2) und zwei Breitseiten (1.1), das aus einem einzigen endlosen Blechstreifen mit zwei Längsrändern (10, 11) auf einer Walzenstraße hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Blechstreifen wenigstens eine Faltung (F) ausgebildet wird, dass in der wenigstens einen Faltung (F) eine Biegung zur Bildung der anderen Schmalseite (1.2, S1) hergestellt wird, und dass die eine Schmalseite (1.2, S2) dadurch gebildet wird, dass der eine Längsrand (10 oder 11) des Blechstreifens an den anderen Längsrand (11 oder 10) des Blechstreifens gelegt und das flache Rohr geschlossen wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass beide Längsränder (10, 11) bogenartig umgeformt werden, wobei der eine bogenartig umgeformte Rand mit einem größere Bogen ausgestattet wird als der andere bogenartige Rand, und dass der größere bogenartige Rand um den kleineren bogenartigen Rand geformt wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass beide Längsränder (10, 11) mit mehreren Faltungen (F) umgeformt werden, die beim Schließen des Flachrohres aneinander angelegt werden.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Längsränder (10 oder 11) mit mehreren Faltungen (F) versehen wird, wobei beim Schließen des Flachrohres die Faltungen (F) an den anderen unverformten Längsrand (10 oder 11) angelegt werden.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Inneneinsatz (IE) in das Wärmetauscherrohr eingefügt wird, um das Wärmetauscherrohr mit mehreren Kammern auszustatten.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder beide Breitseiten (1.1) des Wärmetauscherrohres mit weiteren Faltungen (FF) ausgerüstet werden, um das Wärmetauscherrohr mit mehreren Kammern auszubilden.
Herstellungsverfahren nach den Ansprüchen 6 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Inneneinsatz (IE) nach dem Beginn der Herstellung der anderen Schmalseite (S1, 1.2) in das noch teilweise offene Rohr eingeführt wird.