DE102007028710B4

DE102007028710B4 - Herstellungsverfahren für Rohre, Walzenstraße zur Durchführung des Verfahrens, Flachrohr sowie Wärmetauscher mit derartigen Flachrohren

Info

Publication number: DE102007028710B4
Application number: DE102007028710A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Eisele
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Innerio Heat Exchanger GmbH
Priority date: 2007-06-21
Filing date: 2007-06-21
Publication date: 2013-08-08
Anticipated expiration: 2027-06-22
Also published as: DE102007028710A1; US20080313906A1

Abstract

Herstellungsverfahren für Rohre (1), insbesondere für Wärmetauscher, aus endlosem Bandmaterial auf einer Walzenstraße, wobei die Rohre (1) aus wenigstens zwei Bandstreifen (a, b) bestehen, die auf der Walzenstraße einem Umformvorgang (U) unterzogen werden, wobei an vorbestimmten Stellen Perforationen oder Sollbruchstellen in das Bandmaterial eingebracht werden, wobei ein Schritt des In-Übereinstimmung-Bringens der Perforationen (3) oder Sollbruchstellen in den Bandstreifen (a, b) durchgeführt wird, wonach die Bandstreifen zum Rohr zusammengeführt werden und wonach das Abtrennen einzelner Rohre (1) an den vorbestimmten Stellen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbringung oder die Ausbildung der Perforationen (3) oder der Sollbruchstellen in wenigstens einem der zwei Bandstreifen innerhalb des Umformvorganges oder im Anschluss an den Umformvorgang (U) des entsprechenden Bandstreifens vorgenommen wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren für Rohre, insbesondere für Wärmetauscher, aus endlosem Bandmaterial auf einer Walzenstraße, wobei die Rohre aus wenigstens zwei Bandstreifen bestehen, die auf einer Walzenstraße umgeformt werden, wobei an vorbestimmten Stellen Perforationen oder Sollbruchstellen in das Bandmaterial eingebracht werden, wobei ein Schritt des In-Übereinstimmung-Bringens der Perforationen in den Bandstreifen durchgeführt wird, wonach die Bandstreifen zum Rohr zusammengeführt werden und wonach das Abtrennen einzelner Rohre an den vorbestimmten Stellen erfolgt. Die Erfindung betrifft auch eine Walzenstraße sowie ein Flachrohr für Wärmetauscher und einen solchen Wärmetauscher.
Das vorstehend beschriebene Herstellungsverfahren ist aus den älteren Patentanmeldungen DE 10 2006 033 568 A1 und DE 10 2006 059 609 A1 bekannt.
Es hat sich mittlerweile herausgestellt, dass die in den älteren Anmeldungen vorgesehene Einbringung der Perforationen oder der Sollbruchstellen in die noch nicht umgeformten Blechstreifen zum Abreißen der Bandstreifen im Zuge von deren Umformung führen kann, wenn nicht sämtliche oder zumindest zahlreiche Umformrollen der Walzenstraße einen Antrieb besitzen, sodass die Blechstreifen durch nicht angetriebene Umformrollen gezogen werden müssen, wobei das erwähnte Abreißen passieren kann. Sämtliche Umformrollen mit einem Antrieb auszurüsten erfordert jedoch einen relativ hohen Investitionsaufwand für die Walzenstraße. Es kann auch zu übermäßigen Dehnungen in den zu den Perforationen gehörenden Stegen kommen, was unerwünscht ist.
In der DE-AS 10 25 821 A wird die Herstellung von Flachrohren aus lediglich einem einzigen Bandstreifen beschrieben. Eine mittlere Partie des Bandstreifens wird mit einer Wellung versehen und die beiden Randpartien werden als Wandteile des Flachrohres um die mittlere, gewellte Partie gelegt. Um einzelne Flachrohre vom endlosen Flachrohr abtrennen zu können, werden in den Rohrlängen entsprechenden Abständen Schlitze und Stege in den Bandstreifen eingebracht. Danach wird die Umformung des Flachrohres durch das bereits erwähnte Umlegen der seitlichen Randpartien fortgesetzt, um das Flachrohr zu schließen und schließlich an der Perforation abzutrennen. Dieses Verfahren hat im Vergleich zu dem oben genannten Verfahren den Vorteil, dass die zumindest auf den ersten Blick recht schwierigen Verfahrensschritte des In-Übereinstimmung-Bringens der Perforationen in zwei oder gar drei Blechstreifen und des Zusammenführens der Blechstreifen zum Rohr nicht erforderlich sind, da das bekannte Flachrohr, wie erwähnt, lediglich aus einem einzigen Blechstreifen hergestellt wird. Als Nachteil ist jedoch anzuführen, dass mit dem bekannten Verfahren keine Wärmetauscher mit extrem dünnen Wanddicken der Rohre bzw. mit einer deutlichen Verbesserung bezüglich Leistung pro Gewichtseinheit bereitgestellt werden können, da die Wanddicke der Rohre gewöhnlich die gleiche Dicke haben muss wie die Wanddicke der gewellten mittleren Partie.
In der DE 196 41 144 A1 sowie in der GB 2 203 677 A werden Rohre aus einem einzigen Bandstreifen hergestellt. Sollbruchstellen werden vor dem Beginn der Umformung des Streifens eingebracht.
In der US 5 201 117 A werden Sollbruchstellen in extrudierte Rohre eingebracht. An diesen Stellen werden einzelne Rohre abgebrochen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das eingangs vorgestellte Herstellungsverfahren für Rohre derart weiterzubilden, dass unter anderem die Investitionen für die Walzenstraße gesenkt werden können. Ferner soll eine geeignete Walzenstraße vorgeschlagen werden, und es soll auch ein Flachrohr sowie ein damit ausgerüsteter Wärmetauscher angegeben werden.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabenstellung erfolgt mit einem Herstellungsverfahren für Rohre, welches die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.
Es ist vorgesehen, dass die Einbringung oder die Ausbildung der Perforationen oder der Sollbruchstellen in wenigstens einem der zwei Bandstreifen innerhalb des Umformvorganges oder im Anschluss an den Umformvorgang des entsprechenden Bandstreifens vorgenommen wird. In solchen Fällen, in denen die Perforationen innerhalb des Umformvorganges vorgesehen werden, ist es von Vorteil, die Perforationen kurz vor dem Ende des Umformvorganges auszubilden.
Es wurde festgestellt, dass mit dieser Maßnahme das ungewollte Reißen des Bandstreifens verhindert werden kann. Es ist deshalb nicht erforderlich sämtliche Umformrollen mit einem Antrieb zu versehen, weshalb das Investitionsvolumen für die Walzenstraße gesenkt werden konnte. Außerdem wurde festgestellt, dass die Dehnung des Bandstreifens an den Stegen der Perforationen deutlich geringer ausfällt oder sogar zu vernachlässigen ist, wodurch das In-Übereinstimmung-Bringen der Perforationen in den vorzugsweise drei Bandstreifen mit höherer Präzision erfolgen kann. Eine Walzenstraße, mit der das Herstellungsverfahren ausgeführt wird, ist Gegenstand des Patentanspruchs 10. Die Walzenstraße weist das erfindungsgemäße Merkmal auf, wonach die Perforationsstation innerhalb oder – in Laufrichtung des Bandstreifens gesehen – hinter der Umformstation angeordnet ist.
Ein Flachrohr, welches nach dem Verfahren hergestellt wird, ist im Patentanspruch 13 enthalten. Ein Wärmetauscher, der solche Flachrohre aufweist befindet sich im Patentanspruch 14. Die aus der Walzenstraße laufenden Flachrohre werden mit Wellrippen zu einem Wärmetauschernetz zusammengelegt und gelötet. Dabei werden sämtliche Flachrohre in sich und auch mit den luftseitigen Wellrippen fest verbunden.
Die Perforationen können entweder Schlitze mit Stegen sein oder auch linienartige Bandverdünnungslinien, die Sollbruchstellen, vorzugsweise in einer geraden Linie, darstellen.
Vorzugsweise wird ein dritter Bandstreifen vorgesehen, welcher zu einem späteren Inneneinsatz der Rohre umgeformt wird.
Das Perforieren bzw. das Herstellen der Sollbruchlinien erfolgt vorzugsweise mittels Walzen. Es handelt sich dabei um wenigstens ein Walzenpaar.
Weitere Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten, die durch diesen Hinweis als an dieser Stelle genannt betrachtet werden sollen.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen in einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Die folgende Beschreibung kann Erkenntnisse, Merkmale und Vorteile enthalten, die sich später als besonders bedeutsam herausstellen können.
Die 1 zeigt eine Gesamtansicht der Walzenstraße, auf der das Herstellungsverfahren abläuft.
Die 2 zeigt einige Einzelheiten einer Perforationsstation, die sich in der Walzenstraße befinden.
Die 3a, b und c zeigen Perforationen oder wahlweise Sollbruchstellen im Blechband. Die 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Walzenstraße.
Die 5 zeigt ein Flachrohr, das gemäß dem Verfahren auf der Walzenstraße hergestellt wurde.
Die 6 zeigt einen Ausschnitt aus einem Teil des Flachrohres im Zuge von dessen Herstellung.
Die 7 und 8 zeigen Einzelheiten des bevorzugten Flachrohres im Querschnitt.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel werden Rohre 1 hergestellt, die aus drei Bandstreifen a, b, c bestehen, die nachfolgend oft als drei Teile oder Blechbänder a, b, c bezeichnet wurden. Die Teile a und b sind die oberen bzw. unteren Wandteile des Flachrohres und das Teil c ist ein gewellter Inneneinsatz des Flachrohres. Ein Querschnitt des fertigen, bevorzugten Rohres ist in der 7 zu sehen. Eine bezüglich des gewellten Inneneinsatzes c leicht modifizierte Ausbildung des bevorzugten Flachrohres 1 geht aus der 8 hervor, die lediglich einen der Ränder des Flachrohres 1 zeigt. Die Teile a und b sind identisch, jedoch seitenverkehrt zueinander angeordnet, wobei der eine größere Randbogen der Teile a, b den anderen kleineren Randbogen des jeweils anderen Teils umgreift. Das Teil c ist an seinen beiden Längsrändern ebenfalls verformt und sie verstärken in vorteilhafter Weise die Schmalseiten 12 des Rohres 1, indem die Längsränder dort anliegen. Die bevorzugte Dicke der Teile liegt im Bereich beispielsweise von 0,03–0,09 mm für den Inneneinsatz c und von 0,03–0,15 mm oder etwas mehr für die Wandteile a, b. Die Abmessung der Rohre kann von einer lichten Weite d von etwa 1,0 mm oder weniger und bis zu 10 mm oder mehr variieren. Die Rohrbreite D ist über weite Bereiche wählbar, indem ein entsprechend breites Blechband eingesetzt wird.
Da, wie gesagt, das bevorzugte Ausführungsbeispiel sich auf dreiteilige Rohre bezieht, kann aus den 1 und 4 entnommen werden, dass drei Rollenbänder R1, R2, R3 als Ausgangsmaterial vorliegen. Es handelt sich hier um Aluminiumblech. Das Rollenband R1 ergibt das Teil a, das Rollenband R2 das Teil c, den gewellten Inneinsatz, und schließlich führt das Rollenband R3 zum Teil b des Flachrohres 1. Wie die Darstellung zeigt, ist dicht hinter den Rollenbändern R1, R2, R3 jeweils eine recht große Schlaufe in den Bändern vorhanden, mittels derer unterschiedliche Geschwindigkeiten oder auch Stockungen der Bänder zu kompensieren sind. Es können je nach Bedarf auch mehrere Schlaufen vorgesehen werden, was praktisch wohl auch der Fall ist. Die Perforationsstationen P1, P2, P3 befinden sich am Ende der Umformstation U. Anstelle von Perforationen 3 könnten auch beispielsweise Bandverdünnungslinien 3b als Sollbruchstelle vorgesehen werden. (siehe 3b und 3c)
Auf der ersten Wegstrecke der Umformstation U laufen in diesem Ausführungsbeispiel die Rollenbänder R1 (Teil a) und R3 (Teil b) lediglich mit, ohne dort bereits wesentlich umgeformt zu werden. Das obere Rollenband R1 erreicht dann die Perforationsstation P2. Kurz danach liegt die Perforationsstation P3, durch die das untere Rollenband R3 läuft, um perforiert zu werden. Dann werden die Randumformungen an den Teilen a und b ausgebildet und das Teil c wird zwischen den Teilen a und b eingefädelt, was nicht detailliert erkennbar ist. Hierzu kann aber auf die ältere Patentanmeldung DE 10-2006-029 378 A1 verwiesen werden. Die Perforationsstation P1 für das Teil c, den gewellten Inneneinsatz, liegt am Ende der Umformstation U. Dort werden die Perforationen 3 in den bereits fertig umgeformten gewellten Inneneinsatz c eingebracht. Da im gezeigten Ausführungsbeispiel die Einbringung der Perforationen 3 mittels dem Walzenpaar P zu einer Einebnung der Wellen im Nahbereich der Perforationen 3 führt, befindet sich ein Walzenpaar W hinter der Perforationsstation P1, mit dessen Hilfe die Wellenform im Nahbereich wieder hergestellt wird. Dieser Sachverhalt wird in der 6 abgebildet, die den Zustand nach der Ausführung des Perforationsschnittes und vor Eintritt des gewellten Inneneinsatzes c in das Walzenpaar W zeigt. Es könnte von Vorteil sein, wenigstens des Walzenpaar W mit einem Antrieb auszurüsten. (in den Prinzipdarstellungen nicht gezeigt)
Etwa in dem Abschnitt Ü werden die Perforationen 3 in den drei Teilen a, b, c in Übereinstimmung gebracht, wozu bekannte nicht gezeigte Mittel der Steuerungs- und Regelungstechnik zum Einsatz kommen. Dieser Abschnitt Ü sollte, wie der Fachmann wohl erkennt, vor dem Bereich liegen, in dem die Teile a, b, c bereits miteinander verbunden bzw. in festem körperlichen Kontakt sind, weil eine individuelle Geschwindigkeitsanpassung erforderlich sein könnte, um die Perforationen 3 in Übereinstimmung zu bringen. in der zur 4a gehörenden Darstellung sind die drei Teile a, b, c in einer Situation angedeutet worden, wie sie etwa zwischen dem Walzenpaar W und der Station Ü vorliegt. Die Teile weisen dort bereits die Perforationen 3 auf, die, wie beschrieben, in Übereinstimmung zu bringen sind. Sind die Teile a, b, c im Anschluss daran zum Rohr 1 vereinigt worden, liegt zunächst ein endloses Rohr 1 vor, von dem nun die einzelnen Rohre 1 abzutrennen sind. Es gibt in diesem Ausführungsbeispiel im Anschluss an den Abschnitt Ü einen weiteren Umformabschnitt U, in dem die Teile a und b an den Längsrändern umgeformt und mit dem dritten Teil c zum Rohr vereinigt werden. In der 5 ist der Zustand des endlosen Rohres in dieser Situation gezeigt. Das obere Wandteil a wurde am Ende abgebrochen, um ein Stück des gewellten Inneneinsatzes c erkennen zu können.
In ersten Versuchsreihen wurden Flachrohre gemäß dem Herstellungsverfahren zur Verfügung gestellt, deren großer Durchmesser D etwa 55 mm beträgt. (7) Demnach ist die Blechbandbreite zur Herstellung der Wandteile a bzw. b etwa 59 mm. Die Blechbandbreite des Teiles c ist wesentlich größer, vielleicht 70–80 mm, was die 4 deutlich erkennen lässt. Bei diesen Abmessungen hat sich herausgestellt, dass jeweils lediglich ein Steg 30, etwa an beiden Längsrändern der Blechstreifen a, b ausreichend ist. Zwischenstege 30 sind dort also nicht erforderlich. Bezüglich der Stege 30 hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, dieselben nicht bis zum äußersten Längsrand der Blechbänder a, b, c, auszubilden. Es ist besser, einen vielleicht 2 mm langen Schlitz 3c anzubringen, an den sich der Steg 30 anschließt, der seinerseits etwa – je nach Abmessung der Rohre – 2 bis 8 mm Länge aufweisen könnte und danach den langen Schlitz 3c, der sich bis zum ebenso ausgebildeten Steg 30 am anderen Längsrand des Blechstreifens a bzw. b erstreckt. (siehe 3b, links) Darüber hinaus kann es auch vorteilhaft sein, die Blechdicke im Bereich der Stege 30 etwas zu reduzieren, wodurch die spätere Trennung erleichtert wird. (nicht deutlich gezeigt) Der vorstehende Sachverhalt wurde in den 6 und 7 durch Schraffuren in den Schmalseiten 12 des Flachrohres 1 angedeutet. Die Schraffuren zeigen praktisch die Stege 30, an denen einzelne Flachrohre 1 zunächst noch miteinander verbunden und die später abzutrennen sind. Das Abtrennen erfolgt an der Abtrennstation A (1 und 4) Eine bezüglich der Ausbildung der Stege 30 und Schlitze 3c ähnliche Gestaltung besitzt im Übrigen auch der dritte Blechstreifen c, was in den 7 und 8 ebenfalls angedeutet wurde.
Die drei bereits angesprochenen Perforationsstationen P1, P2 und P3 können prinzipiell identisch ausgebildet sein. Die Perforationsstationen P1, P2, P3 bestehen im Ausführungsbeispiel aus einem Walzenpaar PP. Die eine (obere) Walze P läuft vorzugsweise mit und führt das Teil a, b oder c, welches zwischen den Walzen P transportiert wird. Die andere (untere) Walze P ist mit einem vorstehenden Perforationsstempel PS ausgebildet. Mit Hilfe von an und für sich bekannten Mitteln der Steuerungs- und Regelungstechnik wird die andere Walze P mit dem Perforationsstempel PS in einer Wartestellung gehalten, in der der Perforationsstempel PS nicht im Eingriff ist. In dieser Stellung befindet sich der Perforationsstempel PS in der 2 links, horizontal an der Walze P. Die erwähnten Mittel sorgen dann dafür, dass die Walze P schlagartig mit einer hohen Rotationsgeschwindigkeit bewegt wird, um in die in der 2 ebenfalls gezeigte Aktionsstellung zu kommen, in der sich der Perforationsstempel PS im Eingriff befindet und die Perforationen 3 hergestellt werden. Die Rotationsgeschwindigkeit bzw. die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen P ist vorzugsweise höher als die Transportgeschwindigkeit des Bandes, um dafür zu sorgen, dass sich das Band nicht aufwirft. Man muss bedenken, dass die Erfinder eine Bandgeschwindigkeit von 100 bis 200 m/min ins Auge fassen.
Die Perforationen 3 sind keine Ausschnitte, wie die 3 vermuten lassen könnte, sondern eher lediglich ganz feine Einschnitte, die in Abständen angeordnete Stege 30 besitzen, die später abgetrennt werden, wie es bei Perforationen auf anderen Gebieten an sich üblich ist. Insofern dient die deutlich vergrößerte Darstellung in der 3b lediglich der Erkennbarkeit der Stege 30.
Zur Ausführung des Abtrennvorganges der einzelnen Rohre 1 werden identische Mittel der Steuerungs- und Regelungstechnik wie bei den Perforationsstationen P eingesetzt.

Claims

Herstellungsverfahren für Rohre (1), insbesondere für Wärmetauscher, aus endlosem Bandmaterial auf einer Walzenstraße, wobei die Rohre (1) aus wenigstens zwei Bandstreifen (a, b) bestehen, die auf der Walzenstraße einem Umformvorgang (U) unterzogen werden, wobei an vorbestimmten Stellen Perforationen oder Sollbruchstellen in das Bandmaterial eingebracht werden, wobei ein Schritt des In-Übereinstimmung-Bringens der Perforationen (3) oder Sollbruchstellen in den Bandstreifen (a, b) durchgeführt wird, wonach die Bandstreifen zum Rohr zusammengeführt werden und wonach das Abtrennen einzelner Rohre (1) an den vorbestimmten Stellen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbringung oder die Ausbildung der Perforationen (3) oder der Sollbruchstellen in wenigstens einem der zwei Bandstreifen innerhalb des Umformvorganges oder im Anschluss an den Umformvorgang (U) des entsprechenden Bandstreifens vorgenommen wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformung im Bandmaterial im Nahbereich der Perforation (3) oder der Sollbruchstelle nach deren Einbringung im Bedarfsfall wieder hergestellt wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass einer der wenigstens zwei Bandstreifen, in die die Perforationen (3) oder die Sollbruchstellen nach der Umformung eingebracht werden, zu einem gewellten Inneneinsatz des Flachrohres umgeformt wird.
Herstellungsverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Perforationen (3) entweder wenigstens ein Schlitz (3a, 3c) mit zwei Stegen (30) oder linienartige Bandverdünnungslinien (3b), die die Sollbruchstellen darstellen, eingebracht werden.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (30) an den beiden Längsrändern des gewellten Inneneinsatzes (c) ausgebildet werden.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Breite des gewellten Inneneinsatzes oder der Bandstreifen weitere Stege (30) ausgebildet werden.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Bandstreifen (c) vorgesehen wird, welcher einen gewellten Inneneinsatz der Rohre (1) darstellt, wobei der dritte Bandstreifen (c) nach der Ausbildung der Wellen perforiert wird, dass auch die Perforationen (3) des dritten Bandstreifens (c) mit den Perforationen (3) der beiden Bandstreifen (a, b) in Übereinstimmung gebracht werden und dass die drei Bandstreifen (a, b, c) zum Rohr (1) vereinigt werden.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtrennen durch Abbrechen/Abschneiden oder durch Abreißen vorgenommen wird.
Herstellungsverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Perforieren oder eine Bandverdünnung der Bandstreifen (a, b) oder der Bandstreifen (a, b, c) mittels Walzen (P) vorgenommen wird.
Walzenstraße zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung der Rohre (1) aus wenigstens zwei Streifen endlosen Bandmaterials, gemäß einem der vorstehenden Verfahrensansprüche 1 bis 9, wobei die Walzenstraße wenigstens eine Perforationsstation (P), einen Abschnitt zum Umformen (U) des Bandmaterials zum Rohr (1), eine Abtrennstation (A) für Rohre (1) und einen Abschnitt (Ü) zum In-Übereinstimmung-Bringen der Perforationen (3) in den perforierten Bandstreifen (a, b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Perforationsstation (P) hinter oder innerhalb der Umformstation (U) angeordnet ist.
Walzenstraße nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich an die Perforationsstation (P) wenigstens ein Walzenpaar anschließt, um die Umformung des Bandmaterials wieder herzustellen.
Walzenstraße nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Perforationsstationen (P) der Anzahl der Bandstreifen des Rohres (1) entspricht.
Flachrohr für Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, dass es gemäß einem der Verfahrensansprüche 1 bis 9 hergestellt ist.
Wärmetauscher, der Flachrohre besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre (1) gemäß einem der Verfahrensansprüche 1 bis 9 hergestellt sind.