DE102006041270B4

DE102006041270B4 - Wärmetauscherrohr mit zwei Schmalseiten und zwei Breitseiten

Info

Publication number: DE102006041270B4
Application number: DE102006041270.2A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Nies Jens; Dipl.-Ing. Zobel Werner
Original assignee: Innerio Heat Exchanger GmbH
Current assignee: Innerio Heat Exchanger GmbH
Priority date: 2006-09-02
Filing date: 2006-09-02
Publication date: 2022-09-29
Anticipated expiration: 2026-09-03
Also published as: DE102006041270A1

Abstract

Wärmetauscherrohr mit zwei Schmalseiten (1) und zwei Breitseiten (2), welches aus einem einzigen, zwei Längsränder (3a, 3b) aufweisenden, Blechstreifen (3) hergestellt ist und das eine Vielzahl innerer Kanäle (4) besitzt, wobei die zwei Schmalseiten (1) verstärkt sind und wobei ein Abschnitt (A) des Blechstreifens (3) wellenartig umgeformt ist und sich zwischen den Breitseiten (2) erstreckt, um die Kanäle (4) zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmalseiten (1) aus mehreren Faltungen (5) im Blechstreifen (3) gebildet sind, die jeweils von einem an die Faltungen (5) anschließenden Abschnitt (50) des Blechstreifens (3) umgriffen sind.

Description

Wärmetauscherrohr mit zwei Schmalseiten und zwei Breitseiten
Die Erfindung betrifft ein Wärmetauscherrohr mit zwei Schmalseiten und zwei Breitseiten, welches aus einem einzigen, zwei Längsränder aufweisenden Blechstreifen hergestellt ist und eine Vielzahl innerer Kanäle besitzt, wobei die zwei Schmalseiten verstärkt sind und wobei ein Abschnitt des Blechstreifens wellenartig umgeformt ist, der sich zwischen den Breitseiten erstreckt, um die Kanäle zu bilden.
In der DE 10 2006 002 789 A1 wurden bereits mehrere Wärmetauscherrohre mit den einleitend angegebenen Merkmalen vorgeschlagen. Zwei Versionen davon sind in der 6 zu sehen, wobei die obere Abbildung (erste Version) ein gesamtes Rohr im Querschnitt zeigt und die untere Abbildung lediglich eine Querschnittshälfte des Wärmetauscherrohres der zweiten Version darstellt. Die Schmalseiten 1 wurden dort dadurch verstärkt, dass mehrere horizontal laufende Faltungen des Blechstreifens 3 in den Schmalseiten 1 angeordnet worden sind. Die Längsränder 3a, 3b des Blechbandes 3, aus dem diese Wärmetauscherrohre hergestellt sind, wurden in einer Schmalseite 1 aneinander angelegt.
Mit der im Jahre 1958 veröffentlichten deutschen Auslegeschrift DE 1025821 A wurde ein Verfahren zur Herstellung von Vielkanalrohren, insbesondere für Wärmetauscher, bekannt. Diese Veröffentlichung war in der Tat ihrer Zeit weit voraus, denn bis auf die zwei verstärkten Schmalseiten, sind alle anderen oben genannten Merkmale dort bereits verwirklicht worden. Was die beiden Schmalseiten betrifft, wurde in der Veröffentlichung vorgesehen, die beiden Längsränder des Blechstreifens abzuflachen, also zu verdünnen, wahrscheinlich um eine Stufe in der Wand des Wärmetauscherrohres zu vermeiden, die bei der Weiterverarbeitung der Rohre zum Wärmetauscher nachteilig ist. Die verdünnten Längsränder wurden dann an den Übergängen der Breitseiten in die Schmalseiten angelegt. Über die Dicke des eingesetzten Blechstreifens (Wanddicke der Rohre) wurde in der genannten Veröffentlichung zwar nichts weiter ausgeführt, aber die erwähnte Verdünnung der Längsränder deutet darauf hin, dass relativ dicke Blechstreifen zum Einsatz kommen, die dann auch zu stabilen Schmalseiten führen können, welche nicht zusätzlich verstärkt werden müssen.
Mit der im Jahre 1966 veröffentlichten US 3229760 A wurden Wärmetauscherrohre bekannt, die zwei verstärkte Schmalseiten aufweisen, welche durch in den Schmalseiten liegende Drähte oder Stangen gebildet sind. Diese Wärmetauscherrohre besitzen keine inneren Kanäle und sind deshalb aus der Sicht der Wärmetauscheffizienz verbesserungswürdig. Es ist unklar, ob diese Wärmetauscherrohre aus einem einzigen Blechstreifen oder aus zwei Blechstreifen hergestellt sind.
Es gibt außerdem zahlreiche Veröffentlichungen über Wärmetauscherrohre, die, wie im Oberbegriff festgelegt, aus einem einzigen Blechstreifen herstellbar sind, die jedoch lediglich eine einzige verstärkte Schmalseite aufweisen. Solche Wärmetauscherrohre sind nachteilig bei der Herstellung der Wärmetauscher, weil darauf zu achten ist, wie die einzelnen Wärmetauscherrohre im Wärmetauschernetz zu liegen kommen.
Die Veröffentlichung JP S58-000094 A zeigt Flachrohr, dessen Wand aus einem einzigen Blechstreifen gebildet wird. Zur Herstellung dieses Flachrohres ist jedoch das Hinzufügen von zwei weiteren Blechstreifen erforderlich, die aus Lotwerkstoff bestehen. Nach der Herstellung des wellenartigen Abschnitts im Blechstreifen wird ein erster Lotstreifen von oben und ein zweiter Lotstreifen von unten an den wellenartigen Abschnitt angelegt. Danach wird die Rohrherstellung fortgesetzt.
Wärmetauscherrohre werden heutzutage aus (meistens) lotbeschichteten Aluminiumblechen gefertigt, und man geht neuerdings dabei in einen Blechdicken - bzw. Wanddickenbereich der Rohre, der etwa bei 0, 03 mm beginnt und bei 0,15 mm oder etwas mehr aufhört. Solche extrem geringen Dicken sind bei mittels Extrusionsverfahren hergestellten Rohren, jedenfalls mit Rohrabmessungen (Höhe, Breite) wie sie für Wärmetauscher, insbesondere im Automobilbereich, notwendig sind, kaum noch herstellbar, und falls doch, auf jeden Fall mit hohen Kosten verbunden. Trotzdem möchte man einen deutlichen Fortschritt bei der Reduzierung des Einsatzgewichtes der Wärmetauscher mit gleichzeitig niedrigeren Herstellungskosten darstellen können und auch verbesserte Wärmetauschraten erreichen.
Aus der US 2912749 A und der GB 683161 A sind ebenfalls Wärmetauscherrohre bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung von aus einem einzigen Blechstreifen herstellbaren Wärmetauscherrohren, die als Alternativen dienen können und die insbesondere für die erwähnten niedrigen Wanddicken geeignet sind, um die daraus resultierenden Vorteile zu erreichen.
Die Lösung dieser Aufgabenstellung ergibt sich mit einem Wärmetauscherrohr, das entweder die Merkmale des Anspruchs 1 oder die Merkmale des Anspruchs 2 aufweist. All diese alternativen Wärmetauscherrohre führen zur Erfüllung der Aufgabenstellung. Sie weisen trotz der extrem geringen Wanddicken verstärkte Schmalseiten auf. Sie führen demnach zu Wärmetauschern, die ein vergleichsweise geringes Einsatzgewicht und eine verbesserte Wärmetauschrate besitzen. Da beide Schmalseiten, wie erwähnt, verstärkt sind, muss bei der Vormontage des Wärmetauschernetzes nicht darauf geachtet werden, wie die einzelnen Wärmetauscherrohre zu liegen kommen. Gemäß der ersten Alternative ist vorgesehen, dass ein Abschnitt des Blechstreifens wellenartig umgeformt ist und sich zwischen den Breitseiten erstreckt, um die Kanäle zu bilden, und dass die Schmalseiten aus mehreren Faltungen gebildet sind, die jeweils von einem anschließenden Abschnitt des Blechstreifens umgriffen sind. Der anschließende Abschnitt ist der sich an die Faltungen anschließende Abschnitt des Blechstreifens.
Gemäß der zweiten Alternative ist vorgesehen, dass ein Abschnitt des Blechstreifens wellenartig umgeformt ist und sich zwischen den Breitseiten erstreckt, um die Kanäle zu bilden, und dass die Schmalseiten aus jeweils einem Profil oder dergleichen, die aus endlosem Material bereitgestellt werden, gebildet sind, das wenigstens von einem anschließenden Abschnitt des Blechstreifens umgriffen ist. Der anschließende Abschnitt ist der sich an den wellenartigen Abschnitt anschließende Abschnitt des Blechstreifens, der sich auch an die vorgesehene Profilposition anschließt. Es ist vorgesehen, dass ein Abschnitt des Blechstreifens wellenartig umgeformt ist und sich zwischen den Breitseiten erstreckt, um die Kanäle zu bilden, und dass die Schmalseiten jeweils von einem anschließenden Abschnitt des Blechstreifens und einem diesen Abschnitt umgreifenden Längsrand gebildet sind, so dass dort eine wenigstens doppelte Wanddicke vorliegt. Bei der Ausgestaltung kann durch eine oder mehrere weitere Faltungen, beispielsweise in den umgreifenden Längsrändern, eine noch deutlichere Verstärkung der Schmalseiten erreicht werden. Insbesondere für die Ausgestaltung ist es von Vorteil, wenn die Längsränder des Blechstreifens jeweils in einer Wandabstufung zu liegen kommen. Die Wandabstufung liegt in der Nähe der Schmalseite, die von dem Längsrand umgriffen ist. Die eine Wandabstufung ist in der einen Breitseite angeordnet und die andere Wandabstufung liegt in der anderen Breitseite.
Der wellenartige Abschnitt des Blechstreifens, den sämtliche Alternativen gemeinsam aufweisen, ist ein einziger ununterbrochener Abschnitt desselben. Die Wellentäler und die Wellenberge sind solide mit den Breitseiten verlötet, so dass trotz der geringen Wanddicken ein druckstabiles Wärmetauscherrohr vorliegt.
Auch die erwähnten anderen Abschnitte des Blechstreifens sind jeweils sich über die gesamte Länge und über ein bestimmtes Stück der Breite des endlosen Blechstreifens sich erstreckende Bereiche desselben.
Weitere Merkmale gehen aus den beiliegenden Ansprüchen hervor und sollen als an dieser Stelle aufgeführt angesehen werden.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Die Beschreibung enthält weitere Merkmale und darauf basierende Vorteile, die sich später als bedeutsam herausstellen könnten.

Die 1 zeigt ein erstes Wärmetauscherrohr und einige Schritte von dessen Herstellung.
Die 2 zeigt ein zweites Wärmetauscherrohr und ebenfalls einige Herstellungsschritte.
Die 3 zeigt ein drittes Wärmetauscherrohr.
Die 4 zeigt eine Abwandlung des dritten Wärmetauscherrohrs.
Die 5 zeigt eine andere Abwandlung des dritten Wärmetauscherrohrs.
Die 6 zeigt Wärmetauscherrohre aus einem noch internen Stand der Technik.

Die im Querschnitt prinzipiell dargestellten Wärmetauscherrohre werden auf einer so genannten Walzenstraße (nicht gezeigt) aus einem endlosen Blechband, der als Blechstreifen 3 bezeichnet wurde, hergestellt. Der Blechstreifen 3 weist zwei Längsränder 3a und 3b auf. Zunächst werden im Blechstreifen 3 zwei Mehrfachfaltungen 5 erzeugt, die in den später herzustellenden Schmalseiten 1 des Wärmetauscherrohres zu liegen kommen. Gemäß der 1 besteht jede Mehrfachfaltung 5 aus sechs Abbiegungen um 180°, wobei die Partien zwischen den Abbiegungen unmittelbar aneinander anliegen. Die Darstellung in der 1 macht das nicht deutlich, weil sie den nicht beabsichtigten Eindruck erweckt als ob jeweils ein Zwischenraum zwischen den Partien vorhanden sei. Tatsächlich gibt es keinen Zwischenraum. Die Darstellung dient lediglich der Erkennbarkeit der einzelnen Faltungen 5. Die Anzahl der Faltungen 5 ist von Fall zu Fall verschieden. Sie hängt von der gewünschten Abmessung des Wärmetauscherrohres ab. Vorher - oder simultan mit - oder auch nach der Ausbildung der Mehrfachfaltungen 5 wird der zwischen den Mehrfachfaltungen 5 liegende wellenartige Abschnitt A erzeugt. Im Anschluss daran wird der an die Mehrfachfaltungen 5 anschließende Bandabschnitt 50 um die entsprechende Mehrfachfaltung 5 gelegt, wobei dieser Abschnitt 50 die Mehrfachfaltung 5 von außen umgreift. Dabei wird entsprechend den beiden mit gestrichelten Linienführungen eingezeichneten Pfeilen vorgegangen, wonach der rechts liegende Längsrand 3b an der links liegenden Schmalseite 1 zu liegen kommt und entsprechend kommt der links liegende Längsrand 3a schließlich an der rechts liegenden Schmalseite 1 zu liegen. Das ist aus der dritten und vierten Darstellung in der 1, von oben, zu erkennen. Es ist aus der vierten Darstellung auch zu erkennen, dass es nicht unbedingt notwendig ist, die Längsränder 3a, 3b nahezu um die gesamte Schmalseite 1 herumzulegen, da die Schmalseiten 1 durch das Vorsehen der Mehrfachfaltung 5 bereits genügend stabil sind. Die vierte Darstellung soll das fertige Wärmetauscherrohr zeigen, bei dem die Faltungen 5 und der anschließende Abschnitt 50, die Längsränder 3a, 3b, der wellenartige Abschnitt A mit seinen Wellenbergen und Wellentälern an den Breitseiten 2 verlötet sind. In der untersten Darstellung von 1 sollen die Punkte an den Wellenbergen und Wellentälern die Lötverbindungen anzeigen. Dadurch werden die in Längsrichtung sich erstreckenden Kanäle 4 im Wärmetauscherrohr gebildet. Das Hartlöten der Rohre erfolgt allerdings vorzugsweise gemeinsam mit dem gesamten Wärmetauschernetz, was hier nicht gezeigt ist. Es wird ein druckstabiles Wärmetauscherrohr erzeugt.
Das Wärmetauscherrohr gemäß 2 unterscheidet sich hauptsächlich dadurch vom vorstehend beschriebenen Wärmetauscherrohr, dass anstelle der Mehrfachfaltungen 5 jeweils ein Draht oder ein Profil 10 oder dergleichen, das ebenfalls als endloses Material bereitgestellt wird, zum Einsatz kommt. Das Profil 10 wird im Zuge der Herstellung des Wärmetauscherrohres parallel mit dem endlosen Blechband 3 abgespult (nicht gezeigt). Wenn der zwischen den Profilen 10 liegende wellenartige Abschnitt A fertig hergestellt ist, wird, analog mit dem bereits beschriebenen Ablauf, der rechte Längsrand 3b zur Bildung der oberen Breitseite 2 um das rechts liegende Profil 10 herum geschlagen und der links liegende Längsrand 3a wird zur Bildung der unteren Breitseite 2 um das rechts liegende Profil 10 herum geschlagen. Dabei wird ein Abschnitt 100 des Blechstreifens 3 von außen um das Profil 10 gelegt. Schließlich wird auch der rechts liegende Längsrand 3b an die linke Schmalseite 1 angelegt und der links liegende Längsrand 3a wird entsprechend an die rechte Schmalseite 1 des Wärmetauscherrohres gelegt. Auch in der 2 sind zur Veranschaulichung dieses Ablaufs gestrichelte Pfeile eingezeichnet worden.
Das dritte Wärmetauscherrohr wurde in den 3 und 4 in einem Zustand gezeigt, der kurz vor der Fertigstellung der Rohres vorhanden ist, um einige Einzelheiten besser erkennen zu können. Es ist trotzdem klar nachvollziehbar, dass bei dem fertigen Wärmetauscherrohr der in den Darstellungen linke Längsrand 3b die linke Schmalseite 1 umgreift, um etwa an der linken Wandabstufung 20 anzuliegen und entsprechend der rechte Längsrand 3a die rechte Schmalseite 1 umgreift, um schließlich an der rechten Wandabstufung 20 anzuliegen. Die beiden gestrichelten Pfeile in der 3 sollen das andeuten. Wie zu sehen ist, beinhalten die beiden Schmalseiten 1 auch jeweils einen an den wellenartigen Abschnitt A_anschließenden Abschnitt 100, der von einem Längsrand umgriffen wird. Die Wandabstufungen 20 befinden sich in den gegenüberliegenden Breitseiten 2, vorzugsweise unmittelbar im Anschluss an die jeweilige Schmalseite 1. In der 3 wurde der wellenartige Abschnitt A des Blechstreifens 3 so ausgebildet, dass die Kanäle 4 im Wesentlichen die gleiche Querschnittsgröße aufweisen und etwa dreieckig ausgebildet sind. Im Unterschied dazu wurde in der 4 der wellenartige Abschnitt A mit einer davon verschiedenen Wellenausbildung versehen und außerdem derart gestaltet, dass die Kanäle 4 verschiedene Größenabmessungen aufweisen. Die Querschnittsform der Kanäle 4 ist eher rechteckig oder quadratisch. Genau genommen wurden im Ausführungsbeispiel gemäß der 4 zwei Gruppen von Kanälen 4 ausgebildet. Die eine (linke) Gruppe besitzt sieben Kanäle 4 mit größerem Querschnitt und die rechte Gruppe weist sechs Kanäle 4 mit einem kleineren Querschnitt auf. Mit solchen Ausbildungen des Wärmetauscherrohres kann bestimmten Anforderungen des Wärmetausches bestens entsprochen werden. Es soll nicht der Eindruck entstehen, als ob die hier beschriebene Ausbildung des wellenartigen Abschnitts A bzw. der Kanäle 4 auf diese dritte Alternative beschränkt sei. Sie kann vielmehr bei allen hier vorgeschlagenen Wärmetauscherrohren je nach Bedarf vorgesehen werden. In den Darstellungen gemäß den 3 und 4 besitzen die Schmalseiten 1 eine doppelte Wanddicke, was für zahlreiche Anwendungen stabil genug ist. Bei extrem geringen Dicken des Blechstreifens 3 können die Längsränder 3a, 3b, bevor sie um die Schmalseiten 1 gelegt werden, ohne weiteres mit wenigstens einer Faltung versehen werden, um die Schmalseiten 1 weiter zu verstärken (nicht gezeigt). Alternativ oder zusätzlich zu den Faltungen in den Längsrändern 3a, 3b können aber auch die an den wellenartigen Abschnitt A angrenzenden Bandabschnitte 100 mit wenigstens einer Faltung 5 versehen werden, in der dann die Schmalseite 1 ausgebildet wird, die dann von einem Längsrand 3a bzw. 3b umgriffen wird. Zum besseren Verständnis dient die Skizze gemäß 5, die zeigt, wie das mit „der Faltung 5, in der die Schmalseiten 1 ausgebildet werden“, zu verstehen ist, nämlich indem die Faltungen 5 zur Schmalseite 1 umgeformt, beispielsweise gerundet werden.
Anhand der Skizze, 5, ist eine nicht weiter dargestellte Weiterbildung für den Fachmann verständlich, die darin besteht, dass auch die die Breitseiten 2 bildenden Bandabschnitte, links und rechts von den Bandabschnitten 100, wenigstens eine Faltung aufweisen können. Damit wird erreicht, dass die Breitseiten 2 eine größere Dicke aufweisen als die Dicke im wellenartigen Abschnitt A, aber natürlich eine kleinere Dicke als diejenige in den Schmalseiten 1. Der Vorschlag zielt somit auf Wärmetauscherrohre, die aus Blechstreifen mit extrem geringer Blechdicke herstellbar sind, denn es wird die Möglichkeit zur Verfügung gestellt, an stark belasteten Partien des Wärmetauscherrohres (Schmalseiten) ausreichende Verstärkungen vorzusehen und an weniger belasteten Partien, beispielsweise in den Breitseiten 2 und/oder im wellenartigen Abschnitt A, extrem dünnwandig zu bleiben.
Im Stand der Technik sind Lösungen bekannt, die unterschiedliche Wanddickenabschnitte vorschlagen, die durch Walzvorgänge des Blechstreifens ausgebildet werden sollen. Diese Lösungen scheinen jedoch bei Blechstreifen mit einer Ausgangsdicke von beispielsweise weniger als 0,15 mm nicht mehr praktikabel zu sein. Sie wurden nach Wissen der Anmelderin auch bei größeren Blechdicken bisher noch nicht in einem hier angesprochenen Produkt (Rohr) realisiert, was die schwierige Ausführbarkeit solcher Vorschläge zum Ausdruck bringt.
Es sei abschließend vermerkt, dass die vorstehend erwähnte Wanddicke der Rohre, bzw. die Dicke des Blechstreifens 3 sich im Bereich von 0,03 bis etwa 0,15 mm bewegen kann. Die Rohrabmessungen (in der 6 eingezeichnet) hinsichtlich Höhe d und Breite D liegen im Bereich von etwa 0,7 mm bis 15 mm für die Höhe d und sie sind auch bezüglich der Breite D in weiten Bereichen frei wählbar, beispielsweise von 8 mm bis 300 mm oder etwas darüber bzw. darunter. Solche Wärmetauscherrohre sind insbesondere für die Verwendung in Wärmetauschern zum Einsatz in Kraftfahrzeugen von Vorteil.

Claims

Wärmetauscherrohr mit zwei Schmalseiten (1) und zwei Breitseiten (2), welches aus einem einzigen, zwei Längsränder (3a, 3b) aufweisenden, Blechstreifen (3) hergestellt ist und das eine Vielzahl innerer Kanäle (4) besitzt, wobei die zwei Schmalseiten (1) verstärkt sind und wobei ein Abschnitt (A) des Blechstreifens (3) wellenartig umgeformt ist und sich zwischen den Breitseiten (2) erstreckt, um die Kanäle (4) zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmalseiten (1) aus mehreren Faltungen (5) im Blechstreifen (3) gebildet sind, die jeweils von einem an die Faltungen (5) anschließenden Abschnitt (50) des Blechstreifens (3) umgriffen sind.
Wärmetauscherrohr mit zwei Schmalseiten (1) und zwei Breitseiten (2), welches aus einem einzigen, zwei Längsränder (3a, 3b) aufweisenden, Blechstreifen (3) hergestellt ist und das eine Vielzahl innerer Kanäle (4) besitzt, wobei die zwei Schmalseiten (1) verstärkt sind und wobei ein Abschnitt (A) des Blechstreifens (3) wellenartig umgeformt ist und sich zwischen den Breitseiten (2) erstreckt, um die Kanäle (4) zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmalseiten (1) aus jeweils einem Profil (10) gebildet sind, das wenigstens von einem an den wellenartigen Abschnitt (A) anschließenden Abschnitt (100) des Blechstreifens (3) umgriffen ist und dass die Profile (10) als endloses Material bereitgestellt sind, welches im Zuge der Rohrherstellung parallel mit dem Blechstreifen (3) abgespult wird.