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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von turbulenzerzeugenden Elementen an einer Oberfläche, insbesondere eines Bandmaterials. Außerdem betrifft die Erfindung ein Rohr mit turbulenzerzeugenden Elementen.
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Stand der Technik
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Zur Verbesserung des Wärmeübergangs in fluidführenden Rohren werden turbulenzerzeugende Elemente eingesetzt. Diese dienen der Beeinflussung der Grenzschicht an den fluidführenden Flächen, wie insbesondere an den Innen- oder Außenflächen des Rohrs. Durch die turbulenzerzeugenden Elemente wird eine turbulente Strömung im Bereich der Grenzschicht erzeugt, was einerseits zu einer Erhöhung des Druckabfalls führt aber andererseits zu einem besseren Wärmeübergang zwischen der Rohrwand und dem im Rohr strömenden Fluid.
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Rohre mit turbulenzerzeugenden Elementen werden beispielsweise in Wärmeübertragern verwendet. Die Rohre weisen vorteilhafterweise an ihren Außenflächen Wellrippenelemente auf, welche einen Wärmeübergang hin zur Umgebung der Rohre begünstigen.
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Im Stand der Technik ist ein Verfahren bekannt, bei welchem die turbulenzerzeugenden Elemente in Form von sogenannten Dimpeln ausgebildet sind. Diese Dimpel werden durch Einformungen gebildet, welche Vorsprünge am Rohr erzeugen, die von den Innenflächen der jeweiligen Rohre in den durchströmten Bereich hinein ragen. In einem bekannten Verfahren werden die Dimpel durch einen Prägevorgang in das Zur Erzeugung der Rohre verwendete Material eingeformt. Hierzu wird das Ausgangsmaterial, welches vorzugsweise ein Bandmaterial ist, durch eine Walzenanordnung geführt, welche die Dimpel in das Ausgangsmaterial einprägt. Auf diese Weise werden sowohl die Außenflächen als auch die Innenflächen des späteren Rohres, welches beispielsweise durch Anwendung eines Falzverfahrens oder eines Schweißverfahrens erzeugt werden kann, verformt.
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Nachteilig an dem im Stand der Technik bekannten Verfahren ist, dass die Anbindung von Rippenelementen an den Außenflächen des Rohres erschwert wird, da durch die Verformung die zur Verfügung stehende Oberfläche für die Anbindung reduziert wird und weiterhin die Anlagefläche der Wellrippenelemente am Rohr reduziert wird. Weiterhin ist es nachteilig, dass an den Endbereichen des Rohres jeweils Bereiche vorgesehen werden müssen, welche keine Dimpel aufweisen, um eine fluiddichte Anbindung des jeweiligen Rohres an die Rohrböden des Wärmeübertragers zu gewährleisten. Die Kontaktstelle zwischen Rohr und Rohrboden zählt in Wärmeübertragern regelmäßig zu den am stärksten belasteten Bereichen, wodurch eine besonders hohe Verbindungsgüte an dieser Stelle zu erreichen ist.
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Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, welches eine Erzeugung von turbulenzerzeugenden Elementen an einer Oberfläche ermöglicht, wobei das Verfahren gegenüber den bekannten Verfahren aus dem Stand der Technik verbessert sein soll. Weiterhin ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Rohr zu schaffen, welches gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist.
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Die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von turbulenzerzeugenden Elementen an einer Oberfläche eines Bandmaterials, wobei die turbulenzerzeugenden Elemente einseitig durch einen Materialauftrag ausgebildet werden, wobei der Materialauftrag durch ein Schweißverfahren erzeugt wird und jeweils ein turbulenzerzeugendes Element durch einen Schweißpunkt gebildet ist.
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Das Bandmaterial kann beispielsweise ein Endlosmaterial sein, welches auf einer Spule oder einem Coil aufgewickelt ist und zur Bearbeitung abgewickelt wird und der Bearbeitungsvorrichtung zugeführt wird. In einer alternativen Ausführung kann das Bandmaterial auch durch bereits abgelängte Abschnitte gebildet sein. Bevorzugt weist das Bandmaterial eine im Vergleich zu den Haupterstreckungsrichtungen des Bandmaterials dünne Materialstärke aus. Das Bandmaterial kann beispielsweise durch ein Blechband gebildet sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Bandmaterial aus einem Werkstoff besteht, welcher durch Schweißverfahren bearbeitet werden kann.
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Ein turbulenzerzeugendes Element bezeichnet hier insbesondere eine Materialanhäufung, welche auf eine ansonsten im Wesentlichen zumindest lokal ebene und glatte Fläche des Bandmaterials aufgetragen wird und dort eine Erhebung ausbildet. Diese Erhebung sorgt im Falle einer Überströmung der bearbeiteten Fläche mit einem Fluid, beispielsweise in einem Rohr, das aus dem bearbeiteten Bandmaterial gebildet ist, für eine Verwirbelung der Grenzschicht der Fluidströmung und somit für einen verbesserten Wärmeübergang zwischen dem Fluid und dem Bandmaterial.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die turbulenzerzeugenden Elemente nur einseitig auf das Bandmaterial aufgetragen werden. Dies führt dazu, dass nach Abschluss der Bearbeitung eine Fläche des Bandmaterials glatt und eben bleibt, währen die gegenüberliegende Fläche des Bandmaterials mit einem vorgegebenen Muster von turbulenzerzeugenden Elementen versehen ist. Aus dem Bandmaterial kann somit auf einfache Weise ein Rohr erzeugt werden, welches entweder auf der Innenseite oder der Außenseite der Rohrwandung die turbulenzerzeugenden Elemente aufweist. Bevorzugt sind die turbulenzerzeugenden Elemente auf der Innenseite angeordnet.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Bandmaterial entlang einer ersten Vorschubrichtung durch eine Bearbeitungsvorrichtung gefördert wird, wobei in zeitlichen Abständen durch eine Schweißvorrichtung oder durch mehrere Schweißvorrichtungen turbulenzerzeugende Elemente auf dem Bandmaterial erzeugt werden.
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Das Erzeugen der turbulenzerzeugenden Elemente in zeitlichen Abständen wird vorteilhafterweise durch ein Aktivieren der jeweiligen Schweißvorrichtungen erreicht. Je nach Aktivierungsdauer und dem Aktivierungsintervall kann in Abhängigkeit von der Vorschubgeschwindigkeit der Abstand der turbulenzerzeugenden Elemente zueinander und die Ausgestaltung der einzelnen turbulenzerzeugenden Elemente selbst beeinflusst werden.
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Weiterhin kann die Schweißvorrichtung bevorzugt auch relativ zu dem Bandmaterial bewegt werden, wodurch insbesondere die Höhe der einzelnen turbulenzerzeugenden Elemente beeinflusst werden kann. Eine bevorzugte Bewegung der Schweißvorrichtung ist ein Annähern von oben an das Bandmaterial heran, wodurch der Kontakt zwischen dem Schweißdraht und dem Bandmaterial erzeugt werden kann. Durch ein gezieltes Entfernen der Schweißvorrichtung vom Bandmaterial kann die Höhe des turbulenzerzeugenden Elementes beeinflusst werden und gleichzeitig eine saubere Trennung des Schweißdrahtes vom jeweils letzten erzeugten turbulenzerzeugenden Element erreicht werden.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn eine Mehrzahl nebeneinander angeordneter turbulenzerzeugender Elemente erzeugt wird, wobei entlang der ersten Vorschubrichtung hintereinander verlaufende turbulenzerzeugende Elemente jeweils durch eine Schweißvorrichtung erzeugt werden.
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Um eine möglichst gute Anwendbarkeit des Verfahrens in einem Großserienprozess zu erlauben, ist es zu bevorzugen, wenn zur Erzeugung der turbulenzerzeugenden Elemente mehrere Schweißvorrichtungen verwendet werden. Die Schweißvorrichtungen sind hierzu in einer Richtung quer zur ersten Vorschubrichtung nebeneinander angeordnet, wodurch gleichzeitig mehrere turbulenzerzeugende Elemente erzeugt werden können. Jede der Schweißvorrichtungen erzeugt somit jeweils eine Reihe der turbulenzerzeugenden Elemente.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die turbulenzerzeugenden Elemente nadelförmig und/oder kugelförmig und/oder pilzförmig und/oder kegelförmig und/oder zylinderförmig ausgebildet sind.
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Die unterschiedlich ausgebildeten turbulenzerzeugeriden Elemente können je nach dem verwendeten Schweißdraht, der Aktivierungsdauer der Schweißvorrichtung, der Bewegung der Schweißvorrichtung relativ zum Bandmaterial, der Bewegung des Bandmaterials relativ zur Schweißvorrichtung und anderen den Schweißprozess beeinflussenden Faktoren unterschiedlich ausgestaltet sein. Prinzipiell wird der Schweißdraht durch den Start des Schweißprozesses an der Oberfläche des Bandmaterials angebunden. Durch das Entfernen der Schweißvorrichtung vom Bandmaterial wird der Schweißdraht aus der Schweißvorrichtung nachgezogen, wodurch das turbulenzerzeugende Element ausgebildet wird. Die Trennung des jeweiligen turbulenzerzeugenden Elementes vom Schweißdraht kann durch einfaches Abreißen des Schweißdrahtes erreicht werden oder durch ein Aufschmelzen des Schweißdrahtes. Je nach verwendeter Schweißvorrichtung kann der Schweißdraht auch aktiv durch die Schweißvorrichtung gefördert werden.
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Auch ist es zu bevorzugen, wenn zum Erzeugen der turbulenzerzeugenden Elemente ein Cold Metal Transfer Verfahren verwendet wird. Das Cold Metal Transfer Verfahren ist besonders vorteilhaft, da es sehr definierte Materialanhäufungen auf der Oberfläche des Bandmaterials ermöglicht. Die turbulenzerzeugenden Elemente können daher besonders präzise ausgestaltet werden.
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Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn das Bandmaterial nach dem Auftragen der turbulenzerzeugenden Elemente durch ein Falzverfahren und/oder durch ein Schweißverfahren zu einem Rohr geformt wird, wobei die turbulenzerzeugenden Elemente an den nach innen gerichteten Flächen des Rohres angeordnet sind. Alternativ können solche turbulenzerzeugenden Elemente zusätzlich oder alternativ auf der Außenseite des Rohrs angeordnet sein.
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Durch das vorgeschlagene Verfahren wird ein Grundmaterial erzeugt, welches einfach zu einem Rohr geformt werden kann, insbesondere für den Einsatz in einem Wärmeübertrager. Die Herstellung von Rohren durch Falzen und/oder Schweißen aus einem ebenen Bandmaterial ist im Stand der Technik bekannt. Vorteilhaft in Kombination mit dem vorgeschlagenen Verfahren ist insbesondere, dass die auf diese Weise erzeugten Rohre vollständig glatte und ebene Außenflächen bzw. Innenflächen aufweisen, während die Innenflächen bzw. Außenflächen entlang der gesamten Rohrerstreckung mit turbulenzerzeugenden Elementen versehen sind. Dadurch kann insgesamt der entlang des Rohres erzeugte Wärmeübertrag verbessert werden, wodurch der Wirkungsgrad des ganzen Wärmeübertragers steigt.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die turbulenzerzeugenden Elemente über die gesamte Länge des Bandmaterials und/oder des Rohres verteilt sind. Eine Anordnung der turbulenzerzeugenden Elemente über die gesamte Länge des Bandmaterials beziehungsweise des Rohres ist vorteilhaft, um möglichst große Bereiche mit turbulenten Strömungseigenschaften erzeugen zu können. Dies ist besonders vorteilhaft, um den maximal möglichen Wärmeübertrag zu erhöhen.
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Auch ist es zweckmäßig, wenn die turbulenzerzeugenden Elemente unterschiedliche Höhenerstreckungen aufweisen.
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Dies ist besonders vorteilhaft, um in den Rohren, welche aus dem Bandmaterial gefertigt werden, gezielt Bereiche mit unterschiedlichen Eigenschaften ausbilden zu können. In Bereichen, welche einen geringeren Anteil an turbulenter Strömung benötigen, können die turbulenzerzeugenden Elemente beispielsweise eine kürzere Höhenerstreckung aufweisen als in Bereichen, welche einen höheren Anteil an turbulenter Strömung benötigen. Das Rohr beziehungsweise das Bandmaterial kann somit gezielt und auf einfache Weise an unterschiedliche Anforderungsprofile angepasst werden. Dies ist besonders vorteilhaft, weil es eine einfache Möglichkeit darstellt, um im Rahmen einer Großserienherstellung spezifisch konfigurierte Rohre zu erzeugen.
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Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn das Bandmaterial zusätzlich zur ersten Vorschubrichtung entlang einer zweiten Vorschubrichtung, welche quer zur ersten Vorschubrichtung verläuft, verfahren wird. Eine zweite Vorschubrichtung ist vorteilhaft, um das Bandmaterial relativ zu den Schweißvorrichtungen entlang der durch das Bandmaterial aufgespannten Ebene verfahren zu können. Dadurch kann die Positionierung und Gestaltung der einzelnen turbulenzerzeugenden Elemente weiter vereinfacht werden.
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Die Aufgabe hinsichtlich des Rohrs wird durch ein Rohr mit den Merkmalen von Anspruch 10 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Rohr für einen Wärmeübertrager, wobei das Rohr aus einem Bandmaterial gefertigt ist, welches nach einem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitet wurde, wobei die nach außen gewandten Flächen des Rohres glatt und eben sind, wobei die nach innen gewandten Flächen eine Mehrzahl von turbulenzerzeugenden Elementen aufweisen. Alternativ dazu können auch nach innen gewandte Flächen des Rohres glatt und eben sein, wobei nach außen gewandte Flächen eine Mehrzahl von turbulenzerzeugenden Elementen aufweisen. Auch können turbulenzerzeugende Elemente auf der Innenseite und auf der Außenseite angeordnet sein.
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Ein Rohr kann beispielsweise ein Flachrohr sein, welches zwei sich gegenüberliegende Breitseiten aufweist und zwei sich gegenüberliegende Schmalseiten. In einer vorteilhaften Ausgestaltung können die nach innen gerichteten Flächen der Breitseiten mit turbulenzerzeugenden Elementen bedeckt sein, während die nach innen gerichteten Flächen der Schmalseiten keine turbulenzerzeugenden Elemente aufweisen. Dies ist vorteilhaft, da der Hauptanteil des Wärmeübertrags regelmüßig über die Breitseiten des Rohres stattfindet, an welchen die Rippenelemente angebunden sind. Alternativ können auch an den Schmalseiten turbulenzerzeugende Elemente angeordnet sein. Entsprechend können die turbulenzerzeugenden Elemente auch an den Breitseiten der Außenseiten angeordnet sein.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn das Rohr die turbulenzerzeugenden Elemente an den nach innen gerichteten Flächen aufweist, da das Rohr gewöhnlich von einem Fluid durchströmt wird und daher innerhalb des Rohres eine turbulente Strömung erzeugt werden soll. Die Außenflächen des Rohres sind vorzugsweise mechanisch unverformt und bilden weiterhin glatte und ebene Flächen aus, wodurch insbesondere die Anbindung von wärmeübertragenden Elementen, wie beispielsweise Wellrippen, aufgrund der größeren Kontaktfläche verbessert werden kann.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn durch zumindest einige der turbulenzerzeugenden Elemente ein Dichtungselement im Rohr und/oder am Rohr und/oder an einem Rohrboden, in welchen das Rohr eingesetzt ist, fixierbar ist. Je nach Ausgestaltung der turbulenzerzeugenden Elemente, insbesondere der turbulenzerzeugenden Elemente an den Endbereichen der Rohre, kann eine vorteilhafte Fixierung von Dichtungselementen erreicht werden. Dies ist zweckmäßig, da weitere Fixierungsmittel eventuell voll ständig entfallen können.
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Weiterhin betrifft die Erfindung einen Wärmeübertrager, welcher zumindest ein erfindungsgemäßes Rohr aufweist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Prinzipskizze einer Bearbeitungsvorrichtung, in welcher ein Bandmaterial unter einer Schweißvorrichtung hindurch gefördert wird,
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2 eine Schnittansicht durch ein Bandmaterial, welches in einer Bearbeitungsvorrichtung gemäß 1 bearbeitet wurde und einseitig mit turbulenzerzeugenden Elementen versehen wurde,
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3 eine perspektivische Ansicht eines Bandmaterials, welches in einem Teilbereich im bearbeiteten Zustand mit turbulenzerzeugenden Elementen dargestellt ist und in einem Teilbereich in einem nicht bearbeiteten Zustand ohne turbulenzerzeugende Elemente dargestellt ist,
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4 eine Aufsicht auf ein Bandmaterial gemäß 3 und eine Schnittansicht durch den bereits bearbeiteten Bereich des Bandmaterials,
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5 eine Ansicht eines Bandmaterials mit einer darüber angeordneten Schweißvorrichtung, welche zum Aufbringen der turbulenzerzeugenden Elemente verwendet wird,
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6 im unteren Bereich eine Schnittansicht durch ein kugelförmiges turbulenzerzeugendes Element und im oberen Bereich eine perspektivische Ansicht eines Bandmaterials mit einer Mehrzahl von kugelförmigen turbulenzerzeugenden Elementen,
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7 im unteren Bereich eine Schnittansicht durch ein nadelförmiges turbulenzerzeugendes Element und im oberen Bereich eine perspektivische Ansicht eines Bandmaterials mit einer Mehrzahl von nadelförmigen turbulenzerzeugenden Elementen,
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8 im unteren Bereich eine Schnittansicht durch ein zylinderförmiges turbulenzerzeugendes Element und im oberen Bereich eine perspektivische Ansicht eines Bandmaterials mit einer Mehrzahl von zylinderförmigen turbulenzerzeugenden Elementen, und
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9 im unteren Bereich eine Schnittansicht durch ein turbulenzerzeugendes Element, wobei das Element einen zylinderförmigen Schaft aufweist, auf welchen ein kugelförmiger Kopf aufgesetzt ist, und im oberen Bereich eine perspektivische Ansicht eines Bandmaterials mit einer Mehrzahl von turbulenzerzeugenden Elementen.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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Die 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Bearbeitungsvorrichtung 1, durch welche ein Bandmaterial 3 entlang einer Vorschubrichtung 6 gefördert werden kann. Oberhalb des Bandmaterials 3 ist eine Schweißvorrichtung 2 angeordnet, durch welchen auf das Bandmaterial 3 Schweißpunkte 4, wie insbesondere turbulenzerzeugende Elemente 4, aufgebracht werden können.
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Um Schweißpunkte 4 auf das Bandmaterial 3 aufbringen zu können, wird die Schweißvorrichtung 2, welche eine Schweißvorrichtung umfassen kann, aktiviert, wodurch ein Schweißdraht 10 auf die Oberfläche des Bandmaterials 3 geführt wird. Das zugrundeliegende Schweißverfahren ist vorzugsweise ein Cold Metal Transfer Schweißverfahren.
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Unterhalb des Bandmaterials 3 ist eine Walze 5 angeordnet, welche die Aufgaben der Bandstabilisierung, der Kühlung sowie des Gegenhaltens des Bandmaterials 3 übernimmt. Zusätzlich kann durch die Walze 5 auch der Vorschub entlang der Vorschubrichtung 6 unterstützt werden.
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Die turbulenzerzeugenden Elemente 4 auf der Oberseite des Bandmaterials 3 können abhängig von der Vorschubgeschwindigkeit und dem Intervall, in welchem die Schweißvorrichtung 2 aktiviert wird, in unterschiedlichen Abständen zueinander angeordnet sein. In einer Richtung quer Zur Vorschubrichtung 6 können mehrere Schweißvorrichtungen 2 nebeneinander angeordnet sein, so dass es möglich ist, mehrere Reihen von turbulenzerzeugenden Elementen 4 zeitgleich auf dem Bandmaterial 3 zu erzeugen.
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In einer alternativen Ausführungsform kann es ebenso vorgesehen sein, dass das Bandmaterial 3 in einer weiteren Vorschubrichtung, welche quer zur ersten Vorschubrichtung 6 ausgerichtet ist, verschiebbar ist, wodurch auch bei Verwendung nur einer Schweißvorrichtung 2 sowohl entlang der Vorschubrichtung 6 als auch in einer alternativen Richtung, insbesondere quer dazu, turbulenzerzeugende Elemente 4 aufgetragen werden können.
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Die turbulenzerzeugenden Elemente 4 können auf der Oberfläche des Bandmaterials 3, insbesondere in gleichmäßigen oder in ungleichmäßigen Mustern, angeordnet sein. Das Bandmaterial 3 weist nach der Bearbeitung in der Bearbeitungsvorrichtung 1 eine mit turbulenzerzeugenden Elementen 4 besetzte Fläche auf und eine dieser gegenüberliegende, ebene und glatte Fläche, welche keine mechanische Veränderung durch die Bearbeitung in der Bearbeitungsvorrichtung 1 erfahren hat.
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Die in 1 nach oben gerichtete Fläche des Bandmaterials 3 bildet in einem fertig ausgeformten Rohr, für welches das Bandmaterial 3 vorzugsweise verwendet wird, die nach innen gerichteten Flächen des Rohres aus, so dass die turbulenzerzeugenden Elemente 4 nach innen zum Zentrum des Rohres gerichtet sind. Alternativ dazu können die turbulenzerzeugenden Elemente 4 auch nach außen vorstehen.
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Die untere, glatte und ebene Fläche des Bandmaterials 3 weist bei einem fertigen Rohr vorzugsweise nach außen, so dass das Rohr glatte und ebene Außenflächen aufweist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, um an die Außenflächen vorteilhaft wärmeleitende Mittel, wie beispielsweise Wellrippenelemente, anbringen zu können. Da die Außenflächen glatt und eben sind und keine mechanische Verformung erfahren haben, können die gesamten Außenflächen als Lotfläche für die Anbindung der Rippenelemente beziehungsweise für die Anbindung des Rohres an umliegende Strukturen verwendet werden.
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Das Bandmaterial 3 kann entweder als Endlosmaterial ausgebildet sein oder in bereits entsprechend eines vorgesehenen Anwendungsfalls abgelängten Einzelabschnitten vorliegen. Das Bandmaterial 3 kann entweder entlang einer Vorschubrichtung 6 durch die Bearbeitungsvorrichtung 1 geführt werden oder auf einem Arbeitstisch fixiert sein, welcher in einer Ebene relativ zur Schweißvorrichtung 2 verfahren werden kann.
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Für eine Massenfertigung ist es insbesondere vorteilhaft, wenn das Bandmaterial 3 ein Endlosmaterial ist und entlang einer Vorschubrichtung 6 beziehungsweise einer Vorschubrichtung 6 und einer quer dazu angeordneten zweiten Vorschubrichtung durch eine Bearbeitungsvorrichtung 1 gefördert werden kann, um in möglichst kurzer Zeit eine möglichst hohe Anzahl von turbulenzerzeugenden Elementen 4 am Bandmaterial 3 ausbilden zu können. Die Schweißvorrichtungen 2 können dabei entlang der Vorschubrichtung 6 zueinander versetzt angeordnet sein, um eine engere Anordnung der einzelnen turbulenzerzeugenden Elemente 4 zueinander erreichen zu können.
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Durch die Verwendung unterschiedlicher Schweißdrähte 10 sowie die Veränderung anderer für den Schweißvorgang relevanter Parameter, kann die Materialmenge, die während eines Schweißvorgangs auf das Bandmaterial 3 appliziert wird, gesteuert werden. Dadurch kann insbesondere die Größe, die Formgebung und/oder die Höhe des jeweiligen turbulenzerzeugenden Elementes 4 beeinflusst werden.
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Die 2 zeigt eine Einzelansicht des Bandmaterials 3, wie es bereits in 1 gezeigt wurde. Auf der nach oben gerichteten Fläche ist eine Mehrzahl von turbulenzerzeugenden Elementen 4 angeordnet, während die nach unten gerichtete Fläche eine glatte und ebene Fläche ausbildet. Im Ausführungsbeispiel der 2 sind die turbulenzerzeugenden Elemente 4 tropfenförmig ausgebildet. Auch alternative Ausführungsformen der turbulenzerzeugenden Elemente 4 sind durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugbar. Eine Auswahl der möglichen Formgebungen für die turbulenzerzeugenden Elemente 4 zeigen die 6 bis 9.
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Die 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Bandmaterials 3, welches zum Teil bereits bearbeitet wurde und mehrere parallel zueinander angeordnete und zueinander beabstandete Reihen von turbulenzerzeugenden Elementen 4 aufweist. Das Bandmaterial 3, wie es in 3 gezeigt ist, kann vorteilhafterweise lediglich einen Ausschnitt aus einem Endlosbandmaterial darstellen. Alternativ kann jedoch auch ein Bandmaterial 3, welches eine platinenförmige Erstreckung aufweist und sowohl in der Länge als auch in der Breite eine Begrenzung aufweist, verwendet werden.
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Die 4 zeigt eine Aufsicht auf ein Bandmaterial 3, wie es in 3 bereits gezeigt wurde. Der linke Bereich des Bandmaterials 3 weist die parallel zueinander angeordneten und zueinander beabstandeten Reihen der turbulenzerzeugenden Elemente 4 auf. Am linken Endbereich des Bandmaterials 3 ist ein Schnitt A-A angedeutet. Links neben dem Bandmaterial 3 ist dieser Schnitt durch das Bandmaterial 3 dargestellt. Auch hier ist zu erkennen, dass durch das Auftragen der turbulenzerzeugenden Elemente 4 lediglich eine Oberfläche des Bandmaterials 3 verändert wird, während die jeweils andere Oberfläche glatt und eben verbleibt.
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Die 5 zeigt eine Darstellung eines Bandmaterials 3, welches unterhalb einer Schweißvorrichtung 2 angeordnet ist. Im Ausführungsbeispiel der 5 ist das Bandmaterial 3 durch einen sowohl in der Länge als auch in der Breite begrenzten Abschnitt eines Bandmaterials 3 dargestellt. Das Bandmaterial 3 ist über eine Haltevorrichtung auf einem Arbeitstisch fixiert und kann relativ zur Schweißvorrichtung 2 bewegt werden. In alternativen Ausführungsformen ist es ebenso vorsehbar, dass auch die Schweißvorrichtung 2 relativ zum Bandmaterial 3 beweglich ist.
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Das Bandmaterial 3 weist eine Mehrzahl von turbulenzerzeugenden Elementen 4 auf. Dabei ist das Bandmaterial 3 in mehrere Abschnitte geteilt. Am linken Endbereich des Bandmaterials 3 ist ein Bereich 8 angeordnet, welcher Elemente 4 mit einer relativ gesehenen großen Höhenerstreckung aufweist. Rechts daneben ist ein Freibereich 7 angeordnet, welcher keine turbulenzerzeugenden Elemente aufweist. Rechts daneben ist ein weiterer Bereich 9 angeordnet, welcher turbulenzerzeugende Elemente 4 aufweist, die im Verhältnis zum Bereich 8 eine niedrigere Höhenerstreckung aufweisen.
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Der Freibereich 7 kann beispielsweise als Knickbereich dienen, in welchem der Bereich 8 durch das Einarbeiten eines Knickes im Freibereich 7 über den Bereich 9 gefaltet werden kann. In einem so gebildeten Rohr liegen sich demnach die Bereiche 8 und 9 im Inneren des Rohres gegenüber. Je nach Dimensionierung des so erzeugten Rohres können die turbulenzerzeugenden Elemente 4 der Bereiche 8 und 9 aneinander anliegen oder zueinander beabstandet ausgerichtet sein. Abhängig von der Anordnung der turbulenzerzeugenden Elemente 4 in den Bereichen 8 und 9 kann auch erreicht werden, dass die turbulenzerzeugenden Elemente 4 im fertigen Rohr zueinander versetzt ausgerichtet sind, so dass die turbulenzerzeugenden Elemente 4 der sich gegenüberliegenden Seiten ineinander eingreifen.
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Die 5 zeigt lediglich eine beispielhafte Anordnung, wie die turbulenzerzeugenden Elemente 4 auf ein Bandmaterial 3 mittels einer Schweißvorrichtung 2 aufgebracht werden können.
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Die nachfolgenden 6 bis 9 zeigen jeweils im oberen Bereich eine perspektivische Darstellung mehrerer turbulenzerzeugender Elemente 11, 14, 19 und 23 auf einem Bandmaterial 3 und im unteren Bereich einen Querschnitt durch ein einzelnes turbulenzerzeugendes Element der im oberen Bereich gezeigten turbulenzerzeugenden Elemente 11, 14, 19 und 23.
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Die 6 weist auf dem Bandmaterial 3 eine Mehrzahl von kugelförmig ausgebildeten turbulenzerzeugenden Elementen 11 auf. Diese sind in Reihen parallel zueinander angeordnet und zueinander beabstandet. Das turbulenzerzeugende Element 11 der 6 weist am Kontaktbereich zwischen dem Bandmaterial 3 und der kugelförmigen Ausgestaltung einen Fußbereich 12 auf, welcher einen sockelartigen Übergang zwischen dem Bandmaterial 3 und dem turbulenzerzeugenden Element 11 ausbildet. Ein solcher Fußbereich entsteht beim Einsatz eines Schweißverfahrens üblicherweise durch das Aufschmelzen des Schweißdrahtes.
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Die turbulenzerzeugenden Elemente 11 weisen eine Höhe 13 auf, welche von der nach oben gerichteten Fläche des Bandmaterials 3 zur höchsten Erstreckung des turbulenzerzeugenden Elementes 11 gemessen wird.
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Die 7 zeigt im oberen Bereich eine Mehrzahl von turbulenzerzeugenden Elementen 14, welche auf einem Bandmaterial 3 angeordnet sind. Im unteren Bereich ist der Querschnitt durch eines der turbulenzerzeugenden Elemente 14 dargestellt. Die turbulenzerzeugenden Elemente 14 der 7 weisen einen nadelförmigen Kopfbereich 15 auf und einen Fußbereich 16. Zwischen dem Fußbereich 16 und dem Kopfbereich 15 ist das turbulenzerzeugende Element entsprechend der Grundform des verwendeten Schweißdrahtes beispielsweise zylinderförmig oder rechteckig ausgestaltet.
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Das turbulenzerzeugende Element 14 weist eine Höhe 18 auf, welche von der Oberfläche des Bandelementes 3 bis zur Spitze des nadelförmigen Kopfes 15 gemessen wird. Weiterhin weist das turbulenzerzeugende Element 14 eine Breite 17 auf, welche am Schaftbereich gemessen wird, der zwischen dem Fußbereich 16 und dem nadelförmigen Kopf 15 angeordnet ist. Die Breite 17 ist ebenfalls im Wesentlichen durch den verwendeten Schweißdraht bestimmt.
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Die turbulenzerzeugenden Elemente 19 der 8 sind entsprechend des Querschnittes des verwendeten Schweißdrahtes zylinderförmig ausgebildet und erstrecken sich entlang einer Höhe 20 vom Bandmaterial 3. Der Fußbereich 22 des turbulenzerzeugenden Elementes 19 ist analog dem Fußbereich 16 der 7 ausgebildet. Das turbulenzerzeugende Element 19 weist eine Breite 21 auf, welche im Schaftbereich überhalb des Fußbereichs 22 gemessen wird. Der Abschluss des turbulenzerzeugenden Elementes 19 am freien Endbereich weist eine im Wesentlichen zur Oberfläche des Bandmaterials 3 parallel verlaufende Abschlussfläche auf.
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Im oberen Bereich der 8 ist eine Anordnung mehrerer turbulenzerzeugender Elemente 19 auf dem Bandmaterial 3 dargestellt.
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Die 9 zeigt turbulenzerzeugende Elemente 23, welche einen kugelförmigen Kopfbereich 25 aufweisen, welcher wiederum an einen Schaftbereich 24 angebunden ist. Der Schaftbereich 24 ist über den Fußbereich 26 an dem Bandmaterial 3 angebunden, Insbesondere der Schaftbereich 24 ist entsprechend dem Querschnitt des verwendeten Schweißdrahtes ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel der 9 weist er einen zylinderförmigen Aufbau auf. Der Kopfbereich 25 ist analog dem Ausführungsbeispiel der 6 kugelförmig ausgebildet und bildet den Abschluss des turbulenzerzeugenden Elementes 23.
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Das turbulenzerzeugende Element 23 weist eine Gesamthöhe 27 auf und eine Höhe 28, welche die Hohe des kugelförmigen Kopfbereichs 25 darstellt. Im Bereich des Schaftes 24 weist das turbulenzerzeugende Element 23 weiterhin eine Breite 29 auf.
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Die einzelnen turbulenzerzeugenden Elemente 11, 14, 19 und 23, wie sie in den vorausgegangenen 6 bis 9 dargestellt sind, können insbesondere auch in Kombination miteinander auf einem gemeinsamen Bandmaterial 3 aufgetragen werden. Ebenso wie die Gestaltung der einzelnen turbulenzerzeugenden Elemente ist auch die Anordnung der turbulenzerzeugenden Elemente auf dem Bandmaterial auf vielfältige Weise veränderbar.
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Bevorzugt wird insbesondere die Dichte der angeordneten turbulenzerzeugenden Elemente sowie deren Länge, Breite und Formgebung abhängig von dem jeweiligen Einsatzzweck bestimmt. In Bereichen, welche eine besonders hohe Turbulenzerzeugung benötigen, kann die Dichte der einzelnen turbulenzerzeugenden Elemente beispielsweise höher sein als in Bereichen, wo lediglich eine geringere Turbulenzerzeugung vonnöten ist. Die Anpassung der Anordnung kann durch eine einfache Beeinflussung des Verfahrens zur Herstellung der turbulenzerzeugenden Elemente erreicht werden, indem beispielsweise die Aktivierungsfrequenz der Schweißvorrichtung beeinflusst wird oder die Vorschubgeschwindigkeit des Bandmaterials innerhalb der Bearbeitungsvorrichtung. Ebenso kann durch die Dauer der einzelnen Aktivierungen der Schweißvorrichtung und der Bewegung der Schweißvorrichtung relativ zum Bandmaterial eine unterschiedliche Gestaltung der turbulenzerzeugenden Elemente erreicht werden. Insbesondere kann auf diese Weise die Höhe der einzelnen turbulenzerzeugenden Elemente beeinflusst werden.
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Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens können hochgradig individualisierte Anordnungen und Formgebungen der einzelnen turbulenzerzeugenden Elemente auf dem Bandmaterial erzeugt werden. Es ist so auf einfache Weise möglich im Rahmen eines serientauglichen Fertigungsprozesses stark individualisierte Einzelteile zu erzeugen.
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Die Ausführungsbeispiele der vorangegangen 1 bis 9 sind beispielhaft und haben insbesondere für das erfindungsgemäße Verfahren, das durch ein erfindungsgemäßes Verfahren erzeugbare Bandmaterial und das erzeugbare Rohr keinen beschränkenden Charakter.
