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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Flachrohres mit zumindest einem Steg, der zwei Kammern unterteilt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein nach diesem Verfahren hergestelltes Flachrohr für einen Wärmeübertrager.
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Aus der
DE 10 2006 029 378 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Flachrohres mit zumindest einem Steg bekannt, welcher zwei Kammer unterteilt. Das Flachrohr besitzt dabei zwei Wandteile und einen Inneneinsatz, aus welchem die eigentlichen Stege ausgeformt sind. Der Inneneinsatz ist dabei in Längsrichtung des Flachrohres bzw. des Inneneinsatzes gewalzt und zwischen zwei mit bogenartigen Rändern gewalzten Wandteilen des Flachrohres eingesetzt. Hiernach werden die beiden bogenartigen Rändern der zwei Wandteile miteinander in Eingriff gebracht und das Flachrohr geschlossen. Hierdurch soll insbesondere ein kostengünstiges Herstellungsverfahren für Flachrohre erreicht werden.
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Aus der
DE 10 2004 057 407 A1 ist ein Flachrohr für einen Wärmeübertrager, insbesondere für einen Kondensator mit einer die Strömung eines durch das Flachrohr strömenden Mediums beeinflussenden und/oder die Innendruckfestigkeit des Flachrohres erhöhenden Einlage bekannt. Die Einlage besitzt dabei ein mittleres im Wesentlichen ebenes Blechband, aus welchem Strukturelemente angeschnitten und aus der Ebene des Blechbandes um einen Winkel herausgedreht sind, wobei dieser Winkel eine Drehachse aufweist, die im Wesentlichen in Strömungsrichtung angeordnet ist. Hierdurch soll auf kostengünstige Weise ein Flachrohr mit hinreichender Innendruckfestigkeit hergestellt werden können.
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Ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt sind sogenannte Mehrkammerrohre, bei welchen die innenliegenden und die einzelnen Kammern unterteilenden Stege durch entsprechendes Falzen der Außenwände gebildet sind. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass die derart hergestellten Stege doppelwandig ausgeführt sind und dadurch die doppelte Wandstärke des Flachrohres aufweisen. Derartige Stege sind nicht nur überdimensioniert, sondern engen zudem auch den freien Strömungsquerschnitt ein und erhöhen das Gewicht in unerwünschter Weise.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für ein Verfahren der gattungsgemäßen Art eine alternative Ausführungsform anzugeben, mittels welcher vergleichsweise leichte und einen großen Strömungsquerschnitt aufweisende Flachrohre kostengünstig herstellbar sind.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei der Herstellung eines Flachrohres mit zumindest einem Steg, diesen zumindest einen Steg als Endlosbandmaterial auszubilden und mittels entsprechender Walzen in seine Endform umzuformen, wobei der Steg vor oder nach der Umformung in seine Endform einenends mit einer zumindest einteiligen Außenwand des Flachrohres stoffschlüssig verbunden, insbesondere punktverschweißt, wird. Anschließend wird die Außenwand des Flachrohres, ebenfalls beispielsweise mittels entsprechender Walzen in ihre Endform umgeformt und der zumindest eine Steg anderenends mit der gegenüberliegenden Außenwand des Flachrohres stoffschlüssig verbunden, beispielsweise verschweißt oder verlötet. Gleichzeitig oder anschließend wird die zumindest einteilige Außenwand stoffschlüssig geschlossen, das heißt entlang einer Längsnaht verschweißt bzw. verlötet. Das derart hergestellte Flachrohr wird anschließend entsprechend abgelängt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, den zumindest einen Steg vergleichsweise dünn auszubilden und damit einen vergleichsweisen großen freien Rohrquerschnitt innerhalb des Flachrohres bereitstellen zu können. Im Vergleich zu aus der Außenwand gefalzten Stege weist ein derartiger Steg aufgrund seiner deutlich reduzierten Dicke auch ein deutlich reduziertes Gewicht auf, was insbesondere dann von großem Vorteil ist, sofern das Flachrohr in einem Wärmeübertrager eines Kraftfahrzeugs eingesetzt wird. Die vergleichsweise dünne Auslegung des Steges reicht jedoch selbstverständlich aus, um die im Betrieb des Wärmeübertragers auftretenden Kräfte problemlos aufzunehmen. Durch den vergrößerten freien Rohrquerschnitt kann auch ein Druckabfall deutlich gesenkt werden. Sollte es beispielsweise möglich sein, die Stegfläche um ca. 75 % zu verkleinern, so würde der Druckabfall um ca. 3 % gesenkt werden können. Durch die separat gefertigten Stege können auch die bei bisher aus der Außenwand gefalzten Stegen erforderlichen Deltaradien an der Rohrunterseite vermieden werden, was ebenfalls erhebliche Vorteile hinsichtlich der Fertigung bringt. Durch Verschleiß der einzelnen Walzen bzw. Rollen können nämlich die Deltaradien größer werden, was bei einem anschließenden Lötprozess zu Undichtigkeiten führen kann. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es somit möglich, ein Flachrohr für einen Wärmeübertrager gewichtsoptimiert, resourcenschonend und strömungsoptimiert sowie darüber hinaus kostengünstig herstellen zu können.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung werden zumindest zwei separate Stege parallel mittels Walzen ihre jeweilige Endform umgeformt und anschließend mit der zumindest einteiligen Außenwand des Flachrohres stoffschlüssig verbunden. Bei dieser Ausführungsvariante können somit zumindest zwei separate Stege mit einem jeweils zugehörigen Walzensatz bzw. Rollensatz individuell umgeformt werden, wobei die zumindest zwei separaten Stege identisch, aber auch unterschiedlich ausgebildet sein können.
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Bei einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung werden zumindest zwei zunächst einstückig miteinander verbundene Stege aus einem Endlosbandmaterial mittels Walzen bzw. Rollen in ihre jeweilige Endform umgeformt und anschließend mittels einer entsprechenden Trenneinrichtung getrennt. Die zumindest zwei getrennten Stege werden nun mit der zumindest einteiligen Außenwand des Flachrohres stoffschlüssig verbunden, beispielsweise verschweißt oder verlötet. In diesem Fall ist lediglich ein einziger Rollen- bzw. Walzensatz zum Umformen der Stege erforderlich, wofür zunächst ein breiteres Endlosbandmaterial verwendet wird, welches anschließend mittels der zuvor genannten Trenneinrichtung der Länge nach in zwei Teile unterteilt wird. Die Trenneinrichtung kann hierbei eine stehende oder eine rotierende Klinge aufweisen oder aber einen Laser, der den besonderen Vorteil bietet, eine verschleißfreie Trenneinrichtung zu sein.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung wird die stoffschlüssige Verbindung mittels eines Lasers hergestellt. Die stoffschlüssige Verbindung des Steges einenends mit der einen Außenwand und anderenends mit der gegenüberliegenden Außenwand sowie die stoffschlüssige Verbindung entlang einer Naht der Außenwand, lässt sich dabei besonders einfach und zudem höchst präzise mittels eines entsprechenden Lasers herstellen, welcher zudem in der Lage ist, hohe Produktionsgeschwindigkeiten zu erlauben. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass die Außenwand aus zwei Halbschalen gebildet wird, welche jeweils als Endlosbandmaterial mittels entsprechender Walzen geformt werden. In diesem Fall müsste die Außenwand an zwei Längsnähten dicht geschlossen werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist denkbar, dass der zumindest eine Steg mit der Außenwand verlötet oder verschweißt wird, oder dass der zumindest eine Steg einenends mit der Außenwand verschweißt, insbesondere punktverschweißt, und mit der anderen Außenwand verlötet wird. Sowohl das Verlöten als auch das Verschweißen bieten dabei kostengünstige Möglichkeiten der Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung, die zudem dauerhaft und unlösbar ist.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem nach dem zuvor beschriebenen Verfahren hergestellten Flachrohr einen Steg einzusetzen, der einenends zumindest einen orthogonal abgewinkelten Fuß aufweist. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass der zumindest eine Steg einenends zwei entgegengesetzt zueinander orthogonal abgewinkelte Füße aufweist, über welche der mit der Außenwand stoffschlüssig verbunden ist. Anderenends besitzt der Steg einen Rücken, über welchen er ebenfalls stoffschlüssig mit der den Füßen gegenüberliegenden Außenwand verbunden ist. Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steges mit lediglich einem orthogonal abgewinkelten Fuß kann der Steg einwandig und damit gewichtsoptimiert ausgebildet sein, wogegen er bei zwei abgewinkelten Füßen doppelwandig ausgebildet ist. Selbstverständlich ist auch eine Kombination unterschiedlichster Ausführungsformen einzelner Stege in einem Flachrohr denkbar.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine erste Verfahrensvariante zur Herstellung eines Flachrohres mit zwei Stegen,
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2 eine Darstellung wie in 1, jedoch bei einer zweiten Verfahrensvariante,
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3 wiederum eine Darstellung einer Verfahrensvariante zur Herstellung eines Flachrohres, bei welcher der Steg zunächst mit der Außenwand des Flachrohres verbunden und erst anschließend umgeformt wird,
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4 eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Flachrohr.
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Entsprechend der 1 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Flachrohres 1 (vgl. 4) mit zumindest einem, hier zwei Stegen 2 gezeigt, wobei ein derartiger Steg 2 zwei benachbarte Kammern 3, 3' (vgl. ebenfalls 4) unterteilt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, welches gemäß der 1 dargestellt ist, wird zunächst der zumindest eine Steg 2 als Endlosbandmaterial mittels entsprechender Walzen 4 bzw. Rollen 4 in seine spätere Endform (vgl. 4) umgeformt und anschließend einenends, das heißt an einem Ende 5 mit einer zumindest einteiligen Außenwand 7 des Flachrohres 1 stoffschlüssig verbunden. Eine derartige stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise ein Verschweißen oder ein Verlöten sein und insbesondere mittels eines Lasers 8 durchgeführt werden. Besonders bevorzugt ist hierbei das Punktschweißen. In einem sich an den gemäß der 1 dargestellten anschließenden und nicht näher bezeichneten weiteren Verfahrensschritt wird die Außenwand 7 des Flachrohres 1 um eine ihrer Längsachsen 9 in ihre gemäß der 4 dargestellte Endform umgeformt, in welcher die Stege 2 im Wesentlichen orthogonal zwischen zwei Außenwänden 7, nämlich einer unteren Außenwand 7a und einer oberen Außenwand 7b angeordnet sind. Das Umformen der Außenwand 7 kann dabei ebenfalls mittels entsprechender, nicht gezeigter Walzen oder Rollen in einem Endlosverfahren erfolgen. In einem sich wiederum daran anschließenden Verfahrensschritt wird nun der zumindest eine Steg 2, selbstverständlich sämtliche Stege 2, anderenends, das heißt an ihrem anderen Ende 6 mit der gegenüberliegenden Außenwand 7, 7b des Flachrohres 1 stoffschlüssig verbunden, beispielsweise ebenfalls verlötet oder verschweißt. Gleichzeitig oder anschließend wird die zumindest einteilige Außenwand 7 stoffschlüssig geschlossen, das heißt mit einer Längsnaht 10 (vgl. 4) abgedichtet. In einem letzten Verfahrensschritt wird das Flachrohr 1 dann noch auf seine geforderte Länge abgelängt, was beispielsweise ebenfalls mittels eines Lasers erfolgen kann.
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Gemäß der 1 bis 3 sind dabei unterschiedlichste Verfahrensvarianten des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Flachrohres 1 gezeigt, wobei gemäß der 1 zumindest zwei separate Stege 2 parallel mittels entsprechender Walzen 4 bzw. Rollen 4 in ihre jeweilige Endform (vgl. 4) umgeformt und anschließend mit der zumindest einteiligen Außenwand 7, 7a des Flachrohres 1 stoffschlüssig verbunden werden. Hiernach erfolgen das Umformen der Außenwand, das stoffschlüssige Verbinden der einzelnen Stege 2 an ihrem anderen Ende 6 mit der gegenüberliegenden Außenwand 7, 7b sowie das stoffschlüssige Schließen der Außenwand 7 mittels an der Längsnaht 10. Die zuletzt genannten Verfahrensschritte sind dabei auch bei den gemäß den 2 und 3 dargestellten Verfahrensvarianten dieselben.
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Gemäß der 2 erfolgt das erfindungsgemäße Verfahren dadurch, dass zumindest zwei zunächst einstückig miteinander verbundene Stege aus einem Endlosbandmaterial mittels entsprechender Walzen 4 bzw. Rollen 4 in ihre jeweilige Endform umgeformt werden und anschließend mittels einer Trenneinrichtung 11, beispielsweise einer stehenden oder rotierenden Klinge oder einem Laser, getrennt werden. Anschließend werden die zumindest zwei voneinander getrennten Stege 2 mit der zumindest einteiligen Außenwand 7, 7a des Flachrohres 1 stoffschlüssig verbunden, was wiederum beispielsweise mittels eines Lasers 8 erfolgen kann. Mit den Pfeilen 12 ist dabei in den 1 bis 3 die Fertigungsrichtung bezeichnet.
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Betrachtet man die Verfahrensvariante gemäß der 3, so kann man erkennen, bei dieser zunächst zumindest ein Steg 2 noch vor seinem endgültigen Umformen in seine Endform mit der Außenwand 7, 7a stoffschlüssig verbunden, insbesondere verlötet oder verschweißt wird, und erst anschließend mittels entsprechender Walzen 4 in seine endgültige Endform umgeformt wird. Das vorangehende stoffschlüssige Verbinden des noch als beispielsweise ebenes Bandmaterial ausgebildeten Steges 2 kann ebenfalls mittels eines Lasers erfolgen.
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Sämtlichen Verfahrensvarianten ist dabei gemein, dass mittels diesem eine kostengünstige und rationelle Fertigung eines derartigen Flachrohres 1 möglich ist, wobei die Dicke der einzelnen Stege 2 an die jeweils auftretenden und zu ertragenden Belastungen optimal angepasst werden kann. Dabei ist es insbesondere möglich, die Stege 2 deutlich dünner auszubilden als beispielsweise bisher aus der Außenwand 7, 7a einstückig ausgeformten Stegen 2' (vgl. 4), wodurch ein erfindungsgemäßes Flachrohr 1 nicht nur leichter ist, sondern auch hinsichtlich ihres Strömungsquerschnittes vergrößerte Kammern 3, 3' aufweist. Trotzdem sind selbstverständlich auch die erfindungsgemäß separat hergestellten Stege 2 in der Lage, die auf sie einwirkenden Belastungen, insbesondere zur Steigerung der Innendruckfestigkeit, problemlos aufzunehmen.
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Gemäß der 4 sind dabei unterschiedlichste Formen von erfindungsgemäßen Stegen 2 dargestellt, beispielsweise ein Steg mit einem orthogonal abgewinkelten Fuß 13 (ganz rechter Steg 2) oder einem Steg 2 mit zwei orthogonal entgegengesetzt abgewinkelten Füßen 13 (mittlere Stege 2 in 4), über welche diese stoffschlüssig mit der Außenwand 7, 7a verbunden, insbesondere verlötet oder verschweißt sind. Am anderen Ende 6 weist der Steg 2, 2' einen Rücken 14 auf, über welchen der Steg 2, 2' mit der gegenüberliegenden Außenwand 7, 7b stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt oder verlötet ist. Je nach Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steges 2 kann dieser einwandig (rechte Darstellung in 4) oder aber auch doppelwandig (mittlere Darstellung in 4) ausgeführt sein. Selbstverständlich ist dabei auch denkbar, dass auch das erfindungsgemäße Flachrohr 1 noch einen einstückig aus der Außenwand 7, 7a geformten Steg 2' aufweist (vgl. ganz linke Darstellung in 4). Darüber hinaus ist es auch vorstellbar, dass in dem Flachrohr 1 ausschließlich gleiche Stege 2, 2' oder aber eine beliebige Kombination unterschiedlicher Stege 2, 2' zur Anwendung kommt. Vorzugsweise wird selbstverständlich auf die Stege 2' verzichtet. Gemäß der 4 ist dabei das Flachrohr im Bereich seiner Außenwände 7, 7a, 7b unterbrochen dargestellt, was darauf hin deuten soll, dass das Flachrohr 1 in nahezu beliebiger Breite und mit nahezu beliebiger Anzahl an Stegen 2 herstellbar ist.
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Mit dem erfindungsgemäßen Flachrohr 1 ist es möglich, die Dicke der Stege 2 im Vergleich zu herkömmlichen Stegen 2' deutlich zu reduzieren, was für die Festigkeit, insbesondere die Innendruckfestigkeit, absolut ausreichend ist, jedoch zu einer deutlichen Gewichts- und Materialeinsparung führt. Dies ist insbesondere beim Einsatz eines derartigen Flachrohres 1 in einem Wärmeübertrager eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise einem Batteriekühler, einem Kühlflüssigkeitskühler oder einem Ladeluftkühler von besonderer Bedeutung. Durch die dünneren Stege 2 kann der freie Strömungsquerschnitt in den Kammern 3, 3' vergrößert werden, wodurch insbesondere ein kühlmittelseitiger Druckabfall verringert werden kann. Wird beispielsweise die Stegfläche um 75 % verkleinert, so kann kühlmittelseitig ein Druckabfall von ca. 3 % erreicht werden.
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Durch die separat gefalzten Stege 2 kann auch ein Deltaradius 15 (vgl. 4) an der Außenwand 7a vermieden werden, was ebenfalls einen besonderen Vorteil bietet, da durch den Verschleiß der Rollen 4 der Deltaradius 15 oftmals stetig größer wird und dadurch bei einem anschließenden Lötprozess zu Undichtigkeiten der Außenwandlötfläche führen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006029378 A1 [0002]
- DE 102004057407 A1 [0003]
