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Die
Erfindung betrifft ein Umformverfahren zum Herstellen eines Eckfalzes
für Wärmetauscherrohre mit mindestens zwei Rohrkammern,
wobei der Eckfalz mit Hilfe von Rollen umgebogen und gestaucht wird.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Umformvorrichtung mit einer
Ober- oder Unterrolle, die zum Umformen des Eckfalzes eine Ringnut
mit einem Nutgrund aufweist, von dem zwei Nutflanken ausgehen. Die
Erfindung betrifft des Weiteren ein Wärmetauscherrohr mit
einem Eckfalz.
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Aus
der europäischen Patentanmeldung
EP 0 829 316 A2 ist ein
Formwalzverfahren zum Formen eines Flachrohrs mit einem Eckfalz
bekannt, der in zwei Stufen umgeformt und gestaucht wird.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die Geometrie von Wärmetauscherrohren
im Bereich des Eckfalzes, insbesondere im Hinblick auf die Lötbarkeit,
zu optimieren.
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Die
Aufgabe ist bei einem Umformverfahren zum Herstellen eines Eckfalzes
für Wärmetauscherrohre mit mindestens zwei Rohrkammern,
wobei der Eckfalz mit Hilfe von Rollen umgebogen und gestaucht wird,
dadurch gelöst, dass der Eckfalz in mindestens drei, insbesondere
fünf, Stufen umgebogen und gestaucht wird. Bei dem erfindungsgemäßen Umformverfahren
werden entgegen dem Trend, die Werkzeugkosten zu reduzieren, bewusst
höhere Werkzeugkosten in Kauf genommen. Dadurch kann das
Umformergebnis unerwartet deutlich verbessert werden. Zudem kann
der Werkzeugverschleiß reduziert werden, da durch die mindestens
drei Umformstufen der Abrieb verringert wird. Darüber hinaus kann
der Schmiermitteleinsatz eingeschränkt werden, wodurch
der Aufwand bei der Nachbearbeitung, zum Beispiel beim Entfetten
der zu verlötenden Flächen, verringert wird.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Umformverfahrens ist
dadurch gekennzeichnet, dass der Eckfalz in mindestens zwei, insbesondere
drei, reinen Biegestufen umgebogen und in mindestens einer, insbesondere
zwei, reinen Stauchstufen gestaucht wird. In den reinen Biegestufen
wird die Falzhöhe konstant gehalten. In den reinen Stauchstufen wird
der Biegewinkel des Eckfalzes nicht verändert.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Umformverfahrens
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Eckfalz in mehreren Biege-
und Stauchstufen jeweils sowohl umgebogen als auch gestaucht wird.
In den kombinierten Biege- und Stauchstufen wird die Falzhöhe
beim Biegen reduziert.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Umformverfahrens
ist dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer Umformstufe,
insbesondere einer reinen Stauchstufe, eine Schräge an
das freie Ende des Eckfalzes angeprägt wird. Durch das
Anprägen der Schräge wird das Entformen des Eckfalzes
vereinfacht.
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Bei
einer Umformvorrichtung zum Herstellen eines Eckfalzes für
Wärmetauscherrohre mit mindestens zwei Rohrkammern, wobei
der Eckfalz mit Hilfe von Rollen umgebogen und gestaucht wird, mit
einer Ober- oder Unterrolle, die zum Umformen des Eckfalzes eine
Ringnut mit einem Nutgrund aufweist, von dem zwei Nutflanken ausgehen,
ist die vorab angegebene Aufgabe dadurch gelöst, dass zwischen
dem Eckfalz und einer der Nutflanken, im Querschnitt durch den Eckfalz
betrachtet, ein im Wesentlichen keilförmiger Spalt vorgesehen
ist, der sich, bezogen auf die Oberrolle, nach außen erweitert.
Der Zwischenraum erleichtert das Entformen des Eckfalzes.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Umformvorrichtung
Ist dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum an der Innenseite des
Eckfalzes vorgesehen ist. Dadurch wird eine gute Abstützung
des Eckfalzes auf der Außenseite ermöglicht.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Umformvorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Nutgrund zu dem Zwischenraum hin
geneigt ist. Dadurch kann ein unerwünschtes Ausknicken
des Eckfalzes in den Zwischenraum verhindert werden.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Wärmetauscherrohr mit einem
mit einem Eckfalz, der durch ein vorab beschriebenes Umformverfahren
und insbesondere mit einer vorab beschriebenen Umformvorrichtung
hergestellt worden ist.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung
verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben
sind. Es zeigen:
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1 einen
Blechstreifen mit einem Eckfalz, der in fünf Umformstufen
gebogen und gestaucht wird;
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2 einen
Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Wärmetauscherrohrs
mit zwei Eckfalzen vor dem Verlöten;
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3 einen ähnlichen
Ausschnitt wie in 2 mit einer durchgängigen
Plattierschicht;
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4 einen ähnlichen
Ausschnitt wie in 2 mit angeschrägten
Falzenden nach dem Verlöten;
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5 den
gleichen Ausschnitt wie in 4, wobei
die Falzenden in einer anderen Richtung angeschrägt sind;
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6 einen ähnlichen
Ausschnitt wie in 4;
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7 ein
Wärmetauscherrohr mit zwei Rohrkammern im Querschnitt;
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8 ein ähnliches
Wärmetauscherrohr wie in 7 mit vier
Rohrkammern;
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9 ein
Werkzeug mit einer Oberrolle und einer Unterrolle einer ersten Umformstufe;
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10 ein
Werkzeug mit einer Oberrolle und einer Unterrolle einer zweiten
Umformstufe;
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11 ein
Werkzeug mit einer Oberrolle und einer Unterrolle einer dritten
Umformstufe;
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12 ein
Werkzeug mit einer Oberrolle und einer Unterrolle einer vierten
Umformstufe;
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13 eine ähnliche
Darstellung wie in 12 und
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14 ein
Werkzeug mit einer Oberrolle und einer Unterrolle einer vierten
Umformstufe gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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In 1 sind
fünf Umformschritte oder Verfahrensschritte 1 bis 5 zur
Herstellung eines scharfkantigen Eckfalzes untereinander dargestellt.
Ein Blechstreifen 1 hat die Gestalt einer rechteckigen Platte 2,
von der ein Eckfalz 4 rechtwinklig abgebogen wird. Der
Blechstreifen 1 hat eine Dicke S. In der ersten Umformstufe
wird der Eckfalz 4 um einen Winkel von etwa 30 Grad umgebogen.
Die Länge des Eckfalzes 4 ist mit x1 bezeichnet.
In der zweiten Umformstufe wird der Eckfalz 4 etwa um weitere
40 Grad umgebogen. Die Länge des Eckfalzes 4 ist
mit x2 bezeichnet. In der dritten Umformstufe wird der Eckfalz 4 um
weitere 20 Grad umgebogen. Die Länge des Eckfalzes 4 ist
mit x3 bezeichnet.
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Nach
der dritten Umformstufe ist der Eckfalz 4 in einem Winkel
von 90 Grad zu der rechteckigen Platte 2 angeordnet. Die
Breite der rechteckigen Platte 2 ist mit 13 bezeichnet.
In der vierten Umformstufe werden der Eckfalz 4 gestaucht
und gegebenenfalls die Breite der rechteckigen Platte 2 reduziert.
Außerdem wird das freie Ende des Eckfalzes 4 in
einem Winkel α angeschrägt. Die Länge
des Eckfalzes 4 ist mit x4 bezeichnet. Die Breite der rechteckigen
Platte 2 ist mit 14 bezeichnet. In dem fünften
Umformschritt werden der Eckfalz 4 und gegebenenfalls die
Breite der rechteckigen Platte 2 weiter reduziert. Die
Länge des Eckfalzes 4 ist mit x5 bezeichnet. Die
Breite der rechteckigen Platte 2 ist mit 15 bezeichnet.
Außerdem wird das freie Ende des Eckfalzes 4 weiter
angeschrägt, wie durch einen Winkel β angedeutet
ist.
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In
den drei Umformstufen 1 bis 3 wird der Eckfalz 4 gebogen.
Dabei wird die Schenkelhöhe x1 bis x3 des Eckfalzes 4 vorzugsweise
konstant gehalten, um eine scharfkantige Falzecke einzuformen. Die
Schenkelhöhe kann aber auch bereits in den Umformstufen
1 bis 3 in Abhängigkeit des Verhältnisses der
fertigen Falzhöhe x5 zu der Rohrwanddicke S von Stufe zu
Stufe reduziert werden. In den Umformschritten 4 und 5 wird
der Falz mindestens einmal kalibriert. Bei der Kalibrierung wird
entweder die Breite 13 bis 15 verkleinert und
die Falzhöhe konstant gehalten, oder die Breite 13 bis 15 konstant
gehalten und die Falzhöhe x3 bis x5 reduziert. Es ist auch möglich,
die Falzhöhe x und die Breite L gemeinsam zu reduzieren.
Die optimale Geometrie ist abhängig von der Verarbeitungseigenschaften
des Rohrbandes 1 sowie dem Verhältnis der Rohrwanddicke
zur fertigen Falzhöhe.
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In
den Kalibrierstufen 4 und 5 wird an die Bandkante
am freien Ende des Eckfalzes 4 eine Schräge angeprägt.
Das Anprägen der Schräge ermöglicht eine
Oberrollenkontur, in der die Falzbreite ausgespart werden und deshalb
besser entformt werden kann. Die Schräge ist in einem Winkel α, β so geneigt,
dass sie den Falz an die senkrechte Rollenwand drückt,
an der sich der Falz 4 abstützen kann. Dadurch
kann ein unerwünschtes Ausknicken des Eckfalzes 4 auf
die freie, nicht gestützte Falzseite verhindert werden.
Das wiederum führt dazu, dass der Eckfalz 4 stärker
komprimiert und somit scharfkantiger geformt werden kann, ohne dass
es zu Entformungsproblemen zwischen Rolle und Falz kommt.
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In 2 ist
ein Ausschnitt eines Rohres 10 Im Querschnitt dargestellt.
Bei dem Rohr 10 handelt es sich um ein Flachrohr eines
Wärmetauschers. Das Rohr 10 umfasst ein Rohrwandstück 11,
das im Wesentlichen die Gestalt einer rechteckigen Platte aufweist.
Darüber hinaus umfasst das Rohr 10 zwei weitere
Rohrwandstücke 12 und 13, die parallel
zu dem Rohrwandstück 11 angeordnet sind. Von den
Rohrwandstücken 12 und 13 ist jeweils
ein Eckfalz 14, 15 im rechten Winkel abgebogen.
Die freien Enden der Eckfalze 14 und 15 werden
mit dem Rohrwandstück 11 verlötet. Durch
diese Gestaltung der Eckfalze 14 und 15 werden
in dem Rohr 10 zwei Rohrkammern 16 und 17 ausgebildet.
Die Rohrwanddicke ist mit S bezeichnet. Die Rohrwanddicke im Bereich
der Biegung der Eckfalze ist mit x bezeichnet. Der äußere Radius im
Bereich der Biegung des Eckfalzes 14, 15 ist mit
R bezeichnet. Die fertige Schenkelhöhe des Eckfalzes 14, 15 ist
mit xF bezeichnet. Gemäß einem Aspekt der Erfindung
ist die Dicke x im Bereich der Biegung größer
oder gleich der Rohrwanddicke S. Außerdem ist der Radius
R gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kleiner
als die Rohrwanddicke S.
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In 3 ist
angedeutet, dass die Rohrwandstücke 12 und 13 innen
mit einer durchgehenden Plattierschicht 18, 19 versehen
sind. Das Rohrwandstück 11 ist ebenfalls mit einer
Plattierschicht 20 versehen. Die Plattierschichten 18 bis 20 sind
einstückig miteinander verbunden. Somit sind die Rohrwandkammern 16, 17 innen
mit einer kompletten Schutzplattierung versehen. Dadurch wird die
Korrosionsbeständigkeit erhöht. Zur Verbesserung
der Verlötung ist anstelle oder zusätzlich zur
Schutzplattierung insbesondere eine Lotplattierung vorgesehen.
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In 4 sieht
man, dass die freien Enden 24 und 25 der Eckfalze 14 und 15 jeweils
in einem Winkel β abgeschrägt sind. Dadurch wird
zwischen den freien Enden 24 und 25 und dem Rohrwandstück 11 jeweils
ein keilförmiger Spalt ausgebildet, der sich zu der zugehörigen
Rohrwandkammer 16, 17 hin erweitert. Die Eckfalze 14 und 15 sind
an ihrer Außenseite miteinander verlötet. Des
Weiteren sind die freien Enden 24 und 25 der Eckfalze 14 und 15 mit
dem Rohrwandstück 11 verlötet.
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In 5 ist
angedeutet, dass die freien Enden 28 und 29 der
Eckfalze 14 und 15 auch in der entgegengesetzten
Richtung abgeschrägt sein können, wie durch einen
Winkel γ angedeutet ist. Bei dem in 5 dargestellten
Ausführungsbeispiel ergibt sich durch die Abschrägungen
der freien Enden 28 und 29 ein im Wesentlichen
dreieckförmiger Zwischenraum zwischen dem Rohrwandstück 11 und den
freien Enden 28, 29 der Eckfalze 14, 15.
Dieser Zwischenraum ist mit Lot gefüllt. Durch die abgeschrägten
oder angeschrägten Falzenden wird, wie in den 4 und 5 gezeigt
ist, die Benetzbarkeit der Falzverbindung mit Lot verbessert.
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In 6 ist
eine ähnliche Darstellung wie in 4 gezeigt.
Die Falzenden sind um einen Winkel γ angeschrägt.
Bei 32 ist angedeutet, dass bei der Falzkalibrierung ein
Grat entstehen kann. Dieser Grat wirkt sich jedoch nicht negativ
auf die Qualität des Wärmetauscherrohrs 10 aus.
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In 7 ist
das Wärmetauscherrohr 10 im Querschnitt komplett
dargestellt. In 7 sieht man, dass die Rohrwandstücke 12 und 13 einstückig
mit dem Rohrwandstück 11 verbunden sind.
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In 8 ist
ein Wärmetauscherrohr 40 im Querschnitt dargestellt,
das vier Rohrkammern aufweist.
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In 9 ist
ein Abschnitt einer Oberrolle 41 im Schnitt dargestellt,
die um eine Drehachse 42 drehbar ist. Des Weiteren ist
eine Unterrolle 43 im Schnitt dargestellt, die um eine
Drehachse 44 drehbar ist. Zwischen der Oberrolle 41 und
der Unterrolle 43 ist ein Blechstreifen 1 angeordnet,
der die Gestalt einer rechteckigen Platte 2 aufweist, von
der ein Eckfalz 4 abgebogen wird. Die Länge des
Eckfalzes 4 ist mit x1 bezeichnet. 9 entspricht
der Umformstufe 1 in 1.
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10 entspricht
der Umformstufe 2 in 1. Der Blechstreifen 1 ist
zwischen einer Oberrolle 45 und einer Unterrolle 46 angeordnet.
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11 entspricht
dem Umformschritt 3 in 1. Der Blechstreifen 1 ist
zwischen einer weiteren Oberrolle 47 und einer weiteren
Unterrolle 48 angeordnet.
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In 12 ist
ein Kalibrierschritt angedeutet. Der Blechstreifen 1 ist
zwischen einer Oberrolle 51, die um eine Drehachse 52 drehbar
ist, und einer Unterrolle 53 angeordnet, die um eine Drehachse 54 drehbar
ist. Die Oberrolle 51 ist mit einer Ringnut ausgestattet,
in welcher der Eckfalz 4 angeordnet ist. Der Eckfalz 4 liegt
mit seiner Außenseite an der Oberrolle 51 an.
Zwischen der Innenseite des Eckfalzes 4 und der Oberrolle 51 ist
ein keilförmiger Zwischenraum 57 vorgesehen, der
sich zu der rechteckigen Platte 2 hin erweitert.
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In 13 ist
der Blechstreifen 1 zwischen einer Oberrolle 61,
die um eine Drehachse 62 drehbar ist, und einer Unterrolle 63 angeordnet,
die um eine Drehachse 64 drehbar ist. Bei dem in 13 dargestellten
Ausführungsbeispiel ist die Ringnut, in der der Eckfalz 4 angeordnet
ist, breiter als bei dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel.
Dadurch entsteht zwischen der Innenseite des Eckfalzes 4 und der
Oberrolle 61 ein Zwischenraum 67, der größer
ist als bei dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel. Das
hat zur Folge, dass an dem freien Ende des Eckfalzes 4 Grat 68 entstehen
kann. Dieser Grat 68 beeinträchtigt jedoch nicht
die Lötverbindung zwischen dem Eckfalz 4 und dem
zugehörigen Rohrwandstück (11 in 2).
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In 14 ist
der Blechstreifen 1 zwischen einer Oberrolle 71,
die um eine Drehachse 72 drehbar ist, und einer Unterrolle 73 angeordnet,
die um eine Drehachse 74 drehbar ist. Das freie Ende des
Eckfalzes 4 ist um einen Winkel γ in der entgegengesetzten Richtung
angeschrägt wie bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen.
Außerdem ist die Ringnut, in der der Eckfalz 4 angeordnet
ist, so ausgebildet, dass der Eckfalz 4 mit seiner Innenseite
an der Oberrolle 71 anliegt. Zwischen der Außenseite
des Eckfalzes 4 und der Oberrolle 71 ist ein keilförmiger
Zwischenraum 77 ausgebildet, der sich zu der Unterrolle 73 hin erweitert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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