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Die
Erfindung betrifft ein Koaxialprofil für einen inneren
Wärmetauscher einer Klimaanlage.
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Eine
Klimaanlage besitzt im Allgemeinen einen Verdichter, einen Verflüssiger
und eine Expansionsvorrichtung sowie einen Verdampfer. Diese Bestandteile
sind üblicherweise nacheinander angeordnet und über
fluidleitende Rohre zu einem Kreislauf miteinander verbunden. Für
einen reibungslosen Betrieb einer solchen Klimaanlage hat sich ein
sogenannter innerer Wärmetauscher bewährt, der
zum einen das Hochdruckkältemittel, wie z. B. Kohlendioxid bzw.
R744, das zur Expansionsvorrichtung geleitet wird, abkühlt
und zum anderen das aus dem Verdampfer herauskommende entspannte
Niederdruckkältemittel erwärmt. Die bisherigen
Kältemittel, beispielsweise R134a, sollen in Zukunft wegen
ihrer FCKW-Bestandteile durch weniger umweltschädliche
Kältemittel ersetz werden. Ein alternatives Fluid für
einen solchen Kältemittelkreislauf ist beispielsweise Kohlendioxid.
Ein solches Fluid stellt jedoch höhere Anforderungen an
eine Klimaanlage, da ein höherer Betriebsdruck erforderlich
ist und damit die einzelnen Bestandteile der Anlage auf höhere
Berstdrücke ausgelegt werden müssen.
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Bekannt
ist es, für den inneren Wärmetauscher Koaxialrohre
zu verwenden, d. h. Mehrkammerprofile mit einem Zentralkanal und
mehreren, um den Zentralkanal herum gruppierten Außenkanälen. Zwischen
dem Zentralkanal und den Außenkanälen findet ein
Wärmeaustausch statt, da die Kanäle von unterschiedlich
warmen Medien durchströmt werden. Darüber hinaus
bestehen erhebliche Druckunterschiede zwischen dem Zentralkanal
und den Außenkanälen. Ein Koaxialrohr für
einen inneren Wärmetauscher wird daher vorzugsweise als
symmetrisches Profil verwendet, wo weder Druckänderungen noch
Temperaturänderungen zu nennenswerten Verformungen führen.
Das Einleiten und Ausleiten der Fluide in den Zentralkanal bzw.
in die Außenkanäle erfolgt über entsprechende
Anschlussstücke, die an beiden Enden des Koaxialrohres
an gelötet werden. Um Druckverluste an den Anschlussstellen
zu vermeiden, sind passgenaue Verbindungen zwischen den Anschlussstücken
und den Enden der Koaxialrohre erwünscht. Im amerikanischen
Patent
US 6,098,704 werden
die Enden des Koaxialrohres zur Verbindung mit den Anschlussstücken
entsprechend bearbeitet und zwar in der Weise, dass im Bereich der
Enden der Koaxialrohre die Außenkanälen vom der
Koaxialrohre entfernt werden und nur das innere Rohr, welches den
Zentralkanal bildet verbleibt. Auf diese Weise wird ein separater
Zu- bzw. Abfluss der Fluide über separate Anschlussstücke
möglich. Bei einer Klimaanlage gemäß
DE 100 53 000 A1 werden Anschlussstücke
verwendet, die einen Zufluss in den Zentralkanal einerseits und
einen Zufluss in die Außenkanäle andererseits
sicherstellen. Diese Anschlussstücke werden unmittelbar
an den Enden der Koaxialrohre angeordnet. Problematisch ist bei
beiden Vorrichtungen, dass Verunreinigungen, die bei der Herstellung
der Koaxialrohre in das Innere der Kanäle gelangen können,
bei der Verbindungsbildung das Lötergebnis stören
und bei Verwendung als innerer Wärmetauscher zu Druckverlusten
bzw. auch zu Verstopfungen in den Anschlussstücken führen können.
Bei solchen Verunreinigungen handelt es sich beispielsweise um Fette
und Öle, die zur Schmierung eines Trennwerkzeuges auf das
Koaxialrohr aufgetragen werden und nach dem Trennschnitt auf dem
Rohr oder in den Innenkanälen verbleiben. Während
eines Trennschnittes entstehen des Weiteren Späne, die
von dem Fett am Koaxialrohr festgehalten werden bzw. auch ohne Verwendung
eines Schmierfettes in die Kanäle des Koaxialrohres hineinwandern.
Solche Verunreinigungen sind aus vorgenannten Gründen unerwünscht
und müssen daher, bevor die Koaxialrohre mit den Anschlussstücken
zu einem Wärmetauscher verbunden werden, in zusätzlichen
Reinigungsschritten zum Teil aufwendig entfernt werden. Hierbei
ist eine vollständige, rückstandslose Entfernung
der Verunreinigungen prozesssicher nicht zu gewährleisten.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Koaxialrohr
zur Verfügung zu stellen, das auf einfachere Weise herstellbar
ist und den Anforderungen beim Einsatz in einem inneren Wärmetauscher
gerecht wird.
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Die
Aufgabe wird mit einem Koaxialprofil mit den Merkmalen des Anspruches
1 erfüllt. Ein solches Koaxialprofil eignet sich für
die Verwendung in einem inneren Wärmetauscher.
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Das
erfindungsgemäße Koaxialrohr eignet sich für
die getrennte Durchleitung zweier Medien mit unterschiedlichen Drucken.
Das Koaxialprofil besteht vorzugsweise aus Aluminium oder einer
Aluminiumlegierung. Es umfasst ein Innenrohr, welches einen Zentralkanal
für die Durchleitung eines Mediums bildet, insbesondere
für die Durchleitung des Hochdruckmediums. Das Koaxialprofil
umfasst des weiteren ein das Innenrohr umgebendes Außenrohr,
wobei im Zwischenraum zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr
mehrere die äußere Mantelfläche des Innenrohres
und die innere Mantelfläche des Außenrohres verbindende,
sich radial erstreckende Stege angeordnet sind, so dass sich mehrere,
um den Zentralkanal angeordnete Außenkanäle ergeben.
Durch diese Außenkanäle fließt das zweite
Medium, vorzugsweise das gasförmige Medium, das einen niederen
Druck aufweist.
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Das
erfindungsgemäße Koaxialprofil besitzt neuartig
ausgestaltete Enden. Diese gratarmen bis gratfreien Enden zeigen
eine im Wesentlichen konvex nach außen gewölbte
Stirnfläche. Nicht gewölbt sind jedoch die Stirnflächen
des Außenrohres, die über einen wesentlichen Bereich
senkrecht zur Längsrichtung der Koaxialprofile verlaufen
und in diesem Bereich als glatte Stirnflächen ausgebildet
sind. Bevorzugt sind die Stirnflächen ausgehend von der äußeren
Mantelfläche der Außenrohre über 60 bis 90%
der Dicke des Außenrohres glatt ausgebildet, bevorzugt über
mindestens 90% der Dicke des Außenrohres, besonders bevorzugt über
100% der Dicke des Außenrohres. Diese glatt ausgebildeten Stirnflächen
des Außenrohres dienen der dichten Verbindung mit den Anschlussstücken
und ermöglichen eine problemloses Verlöten.
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Der
nach außen gewölbte Bereich der Stirnfläche
des Koaxialprofils kommt dadurch zustande, dass das Koaxialprofil
nicht durch einen Trennschnitt von einem Strang abgetrennt wird,
sondern von einem solchen Strang abgerissen wird. Beidseitig einer vorgesehenen
Trennstelle wird der Strang gehalten und dann gerissen Bei diesem
Zerreißprozess wird das Koaxialprofil in Längsrichtung,
von der Trennstelle weggezogen. Zur Unterstützung des Reißprozesses
und zur Herabsetzung der Zerreißkraft muss der Strang vor
dem Zerreißen an der vorgesehenen Trennstelle teilweise,
in ganz verschiedenen Ritztiefen, eingeritzt werden. Während
des Zerreißens wandert der Riss von außen nach
innen durch das Koaxialrohr. Dies bedeutet, dass die mittleren Bereiche des
Koaxialprofils zuletzt von dem Strang entfernt werden und damit
am längsten gezogen werden. Also wird das Innenrohr länger
gezogen als das Außenrohr und demzufolge überragen
die Enden des Innenrohres die Enden des Außenrohres nach
dem Trennvorgang. Des Weiteren führt dieser Prozess dazu,
dass das Innenrohr und die Stege endseitig in Richtung der Stirnfläche
mit einer sich verjüngenden Wanddicke ausgebildet sind.
Das Vorgesagte trifft im Wesentlichen nicht auf das Außenrohr
zu, da zur Vereinfachung des Zerreißprozesses, insbesondere
zur Herabsetzung der Zerreiß- und Haltekraft, für
den Trennprozess das Außenrohr über einen wesentlichen
Teil der Dicke, mindestens über 60% der Dicke, eingeritzt,
eingekerbt bzw. mit einem Einschnitt versehen wird. Vorteilhaft
ist, dass beim Zerreißen kein Span entsteht.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform eines Koaxialprofiles
für einen inneren Wärmetauscher wird dieses einstückig
durch Strangpressen hergestellt und besitzt einen konzentrischen
Aufbau, nämlich ein Innenrohr, welches in konstantem Abstand von
einem Außenrohr umgeben ist und die Stege sich in Radialrichtung
erstrecken. Sie wirken damit aussteifend für das Koaxialrohr
und gestatten es, den Zentralkanal besonders druckfest auszulegen.
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Die
Wanddicke des Innenrohres, des Außenrohres und der Stege
liegt in einem Bereich von 0.5 mm bis 3 mm. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform ist die Wanddicke des Innenrohres, des
Außenrohres und der Stege gleich groß. Die Wanddicke liegt
in diesem Fall zwischen 0,8 mm bis 1,5 mm, vorzugsweise bei einem
Wert von 1,0 mm. Diese vorgenannte Wanddicke bezieht sich ausschließlich
auf den mittleren Bereich des Koaxialprofils und nicht auf die Enden.
Wie bereits oben beschrieben, verjüngen sich die Enden
der Stege und des Innenrohres bei Herstellungsprozess, nämlich
beim Reißen. Der Bereich der sich verjüngenden
Enden ist jedoch sehr gering. Er erstreckt sich maximal über
eine Länge von 4 mm. Die Wanddicke des Außenrohres
ist über die gesamte Länge des Koaxialprofils
gleichbleibend, d. h., die Wanddicke der Enden des Außenrohres
ist gegenüber der Wanddicke des Außenrohres im
mittleren Bereich unverändert.
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Die
Anzahl der Außenkanäle kann je nach Anwendungsfall
gewählt werden, bevorzugt sind 4 bis 32 Außenkanälen,
besonders bevorzugt 12 bis 16 Außenkanäle, wobei
vorzugsweise die Querschnittsfläche der jeweiligen Außenkanäle
gleich groß ist, und die Summe der Querschnittsflächen
der Außenkanäle größer ist,
als die Querschnittsfläche des Zentralkanals. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform des Koaxialprofiles für
einen inneren Wärmetauscher besitzt der Zentralkanal einen
Innendurchmesser zwischen 3 bis 10 mm, vorzugsweise 5 bis 7 mm.
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Der
Zentralkanal weist vorteilhafter Weise eine Zylinderform auf, was
jedoch nicht die einzige mögliche Ausgestaltung darstellt.
Bei einer Ausführungsform in der Erfindung sind ausgehend
von der inneren Mantelfläche des Innenrohres radial nach
innen in den Zentralkanal weisende Rippen vorgesehen. Diese Rippen
bewirken, trotz der von ihnen verursachten Verengung des Zentralkanals
und einem dadurch bewirkten Anstieg der Strömungsgeschwindigkeit,
eine Verbesserung des Wärmeaustauschs zwischen dem Zentralkanal
und den Außenkanälen.
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Nachfolgend
soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Koaxialprofiles
beschrieben werden.
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In
einem ersten Schritt wird aus einem Barren aus Aluminium oder einer
Aluminiumlegierung durch Strangpressen mindestens ein Strang eines Koaxialprofils
erhalten. Der Strang des Koaxialprofils ist aus einem Innenrohr
und einem das Innenrohr umgebende Außenrohr aufgebaut.
Im Zwischenraum zwischen Innenrohr und Außenrohr sind mehrere,
die äußere Mantelfläche des Innenrohres
und die innere Mantelfläche des Außenrohres verbindende,
sich radial erstreckende Stege angeordnet. Dieser aus der Strangpresse
austretende Strang des Koaxialprofils wird im Pressenauslauf abgekühlt
und jeder abgekühlte Strang auf eine Wickelrolle aufgewickelt.
Von der Wickelrolle kann dann an einem anderen Ort und zu einer
beliebigen Zeit der Strang des Koaxialprofiles abgewickelt werden.
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In
bekannter Weise kann beim Strangpressen ein einzelnes Koaxialprofil
erzeugt werden. Es können jedoch auch mehrere Koaxialprofile
gleichzeitig stranggepresst oder ein Verbundprofil aus mehreren
Koaxialprofilen erzeugt werden, die nachfolgend in Einzelstränge
aufgetrennt werden, so dass jeweils Einzelstränge auf den
Wickelrollen aufgerollt werden.
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Beim
Abwickeln des Stranges wird dieser gerichtet, gegebenenfalls kalibriert
und zu einer Trennvorrichtung transportiert, wo das Abtrennen einer
gewünschten Länge des Koaxialprofils erfolgt.
Hierzu wird der Strang des Koaxialprofils in der Trennvorrichtung
angehalten und zwar nach Durchlauf einer vorgegebenen Länge
des Stranges. Der Strang wird beidseitig von dem vorgegebenen Längenwert
für die vorgesehene Trennstelle gefasst und gehalten, so dass
zwischen den beiden Halterungen für den Strang die vorgesehene
Trennung erfolgen kann. Hierzu wird die äußere
Mantelfläche des Außenrohres des Koaxialprofiles
umfangseitig ganz oder teilweise eingeritzt zur Erzeugung einer
umfangseitigen Kerbe oder eines umfangseitigen Einschnittes. Dieser
Einschnitt befindet sich genau am vorgegebenen Längenwert
für die vorgesehene Trennung. Ein solches Einritzen kann
auch außerhalb der Trennvorrichtung, nämlich in
einer separaten Ritzvorrichtung erfolgen, insbesondere dann wenn
der Prozess quasikontinuierlich erfolgen soll. Anschließend
erfolgt ein Zerreißen des Stranges an der vorgesehenen
Trennstelle, wozu der Strang in Längsrichtung des Koaxialprofils
mit Hilfe der Haltevorrichtungen gezogen wird. Das Halten mittels
der Haltevorrichtung kann formschlüssig und/oder kraftschlüssig
ausgeführt werden. Bei diesem Zerreißprozess wird,
ausgehend von der Kerbe bzw. dem Einschnitt, ein Riss in Querrichtung des
Stranges erzeugt, der sich von außen nach innen fortsetzt
und zur Abtrennung einer gewünschten Länge eines
Koaxialrohres und zu einer nach außen gewölbten
Trennfläche am Koaxialrohr führt.
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Beim
Abwickeln des Stranges des Koaxialprofils von der Wickelrolle wird
der Strang vorzugsweise durch Rollenpaare geführt, wobei
gleichzeitig ein Richten und gegebenenfalls ein Kalibrieren des Stranges
und ein Weitertransport des Stranges erfolgen. Zum Transport des
Stranges von der Wickelrolle zur Trennvorrichtung und weiter beispielsweise
zur Konfektionierung wird bei einer weiteren Vorrichtung ein Transportband
eingesetzt.
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Bei
einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Halten
des Stranges in der Ritz- und in der Trennvorrichtung mittels zweier
Klemmbacken formschlüssig und/oder kraftschlüssig.
Diese Klemmbacken klemmen den Strang zwischen sich ein. Die Klemmbacken
können hydraulisch oder pneumatisch betrieben werden, vorzugsweise
hydraulisch, wobei ein Spanndruck zwischen 60 und 120 bar einstellbar ist.
Dieser Spanndruck richtet sich danach, welche Zerreißkraft
beim nachfolgenden Trennprozess ausgeübt werden muss. Um
diese Zerreißkraft möglichst gering zu halten,
wird das Koaxialprofil vor dem Reißen umfangseitig mit
dem Einschnitt versehen. Je tiefer dieser Einschnitt ist, desto
geringer ist die Zerreißkraft und demzufolge die zu wählende
Haltekraft für die Klemmbacken.
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Die
Ritztiefe beim umfangseitigen oder teilweise umfangseitigen Einritzen
des Außenrohres beträgt vorzugsweise 60 bis 100%
der Wanddicke des Außenrohres. Bevorzugt wird eine große
Ritztiefe, um die Zerreißkraft gering zu halten. Des Weiteren wird
durch eine große Ritztiefe erreicht, dass das entstehende
Koaxialprofil ein Außenrohr mit glatten Stirnflächen
besitzt.
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Bei
einem Verfahren wird ein Orbitalschnitt mit einem Rollmesser erzeugt,
d. h. mit einer sich drehenden Klinge. Bei einem solchen Einschnitt
wird vorzugsweise die maximale Ritztiefe bei 100% der Wanddicke
des Außenrohres gewählt, da bei einer zu großen
Ritztiefe die Gefahr besteht, dass Material in die Außenkammern
gedrückt wird.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird
eine feststehende Klinge verwendet. Bei der Verwendung der feststehenden
Klinge beträgt die maximale Ritztiefe 100% der Wanddicke
des Außenrohres. Bei der Verwendung der feststehenden Klinge
besteht weniger das Problem, dass Material in die Außenkanäle
gedrückt wird. Mehrere Versuche haben ergeben, dass die
Verwendung der feststehenden Klinge zu einer Aufdickung an der äußeren
Mantelfläche des Außenrohres führt. Sollte
eine solche Aufdickung auftreten, kann diese durch geringfügige
Nachbearbeitung, z. B. während des Einritzens, egalisiert
werden, beispielsweise durch einen Drückprozess unter Verwendung
eines Keramiksteines.
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Wie
bereits oben ausgeführt, ist die Haltekraft der Klemmbacken
und ebenso die Zerreißkraft für die Trennung des
Koaxialrohres abhängig von der Größe
der Ritztiefe. Für Koaxialrohre aus Aluminium mit einer
Wanddicke bis 3 mm und einer Ritztiefe zwischen 60 und 100% der
Wanddicke des Außenrohres wird eine Zerreißkraft
von 5 bis 25 kN aufgewendet.
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Der
Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das erfindungsgemäße
Koaxialrohr mit einem einfachen Verfahren herstellbar ist. Der Trennschritt
führt dazu, dass ein Koaxialprofil erhalten wird, das keinen nachfolgenden
Reinigungsprozessen unterzogen werden muss und in einfacher Weise
mit Anschlussstücken versehen und verlötet werden
kann.
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Zur
Herstellung eines solchen Koaxialrohres werden insbesondere 3xxx-,
5xxx- und 6xxx-Aluminiumlegierungen verwendet. Diese Aluminiumlegierungen
sind korrosionsbeständig, so dass das Koaxialprofil für
einen Wärmetauscher einsetzbar ist und diese Aluminiumlegierungen
zeichnen sich dadurch aus, dass sie gut lötbar sind, was
eine einfache Verbindung des Koaxialprofiles mit den Anschlussstücken
ermöglicht. Bei der Verwendung von 3xxx- und 5xxx-Legierungen
werden vorzugsweise Wanddicken für die Innenrohre, Außenrohre
und Stege im Bereich von 0,5 bis 3 mm gewählt. Bei der
Verwendung von 6xxx-Legierungen liegen diese Wanddicken bei 0,5
bis 1,5 mm.
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Die
Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel
anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
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1 die
Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Koaxialprofils;
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2 einen
Längsschnitt durch das Koaxialprofil gemäß 1 und
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3 eine Prinzipskizze für ein
Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen
Koaxialprofils.
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Das
erfindungsgemäße Koaxialprofil 10 besitzt
ein Innenrohr 11, das einen Zentralkanal 12 bildet.
Durch diesen Zentralkanal 12 wird bei Verwendung des Koaxialprofils 10 im
inneren Wärmetauscher das Hochdruckmedium geleitet. Der
Betriebsdruck liegt bei etwa 340 bar.
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Das
Innenrohr 11 ist von einem Außenrohr 14 umgeben.
Von der äußeren Mantelfläche 13 des Innenrohres
zur inneren Mantelfläche 16 des Außenrohres 14 verlaufen
Stege 19, die sich radial erstrecken und Außenkanäle 18 bilden.
Durch die Außenkanäle 18 wird bei Verwendung
des Koaxialprofils 10 im inneren Wärmetauscher
das Niederdruckmedium geleitet. Der Betriebsdruck liegt bei etwa
260 bar. In diesem Fall besitzt das Koaxialprofil 10 zwölf
Außenkanäle 18, die alle den gleichen
Querschnitt aufweisen. Dieser Querschnitt ist über die
Länge des Koaxialprofils 10 unverändert.
Koaxialprofile 10 mit einem solchen Querschnitt sind an
sich bekannt.
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Neu
und erfindungsgemäß ist die Ausgestaltung der
Enden des Koaxialprofiles 10. Diese Enden sind aus der 2 zu
ersehen. Das Außenrohr 14 besitzt ein Ende 14',
wobei die Wanddicke d1 des Außenrohres 14 im mittleren
Bereich und die Wanddicke d2 am Ende 14' des Außenrohres 14 unverändert ist.
Die Stirnseite 17 des Außenrohres verläuft
senkrecht zur Längsausrichtung des Koaxialprofiles 10. Diese
Stirnfläche 17 ist eine glatte Fläche.
Dies ermöglicht eine einfache Verbindung mit dem Anschlussstück,
beispielsweise über eine Lötverbindung. Im Gegensatz
zu der Ausbildung der Enden 14' des Außenrohres 14 sind
die Enden 11' des Innenrohres 11 verändert.
Die Enden 11' des Innenrohres 11 überragen
die Enden 14' des Außenrohres 14 und die
Wanddicke der Enden 11' des Innenrohres 11 verjüngen
sich zum stirnseitigen Ende. In gleicher Weise verjüngen
sich die Stege 19 zum stirnseitigen Ende hin und überragen
die Enden 14' des Außenrohres 14. Die
Enden 11' des Innenrohres 11 zeigen dabei einen
maximalen Überstand 21. Der Überstand der
Enden der Stege vergrößert sich mit dem Abstand
vom Außenrohr 14. Auf diese Weise ergibt sich eine
Stirnfläche 20 des Koaxialprofils 10,
die nach außen gewölbt ist. Eine solche gewölbte
Stirnfläche 20 kommt durch den Abtrennvorgang
des Koaxialprofils 10 von einem Endlosstrang bei der Herstellung zustande.
Das Abtrennen erfolgt anders als beim Stand der Technik, wo ein
Trennschnitt vorgenommen wird, in diesem Fall über einen
Reißvorgang. Daher besitzen die Koaxialprofile 10 keine
senkrecht zur Längsausrichtung verlaufende Stirnfläche 20. Beim
Trennvorgang wird der Strang 10' des Koaxialprofils beidseitig
einer vorgesehenen Trennstelle gefasst und mit einer ausreichend
hohen Haltekraft festgehalten. Dann wird das Koaxialprofil 10' umfangseitig
eingeritzt, so dass ein umfangseitiger Einschnitt ausgehend von
der Mantelfläche 15 des Außenrohres 14 entsteht.
Der Einschnitt wird über mindestens 65% der Wanddicke d1
des Außenrohres 14 vorgenommen. In diesem Beispiel
wurde der Einschnitt über 100% der Wanddicke d1 vorgenommen.
Die Wanddicke d1 des Außenrohres 14 im mittleren
Bereich und die Wanddicke d2 der Enden 14' des Außenrohres 14 sind
in diesem Beispiel 1 mm. Der Einschnitt beim Trennvorgang erfolgte über
0,90 mm. Durch diesen Einschnitt wird die glatte Stirnfläche 17 des
Außenrohres 14 nach dem Trennvorgang erreicht.
Ausgehend vom erzeugten Einschnitt beim Ritzvorgang schreitet der
Riss während des Zerreißens fort. Hierzu wird
mit einer ausreichend hohen Zerreißkraft das Koaxialprofil 10 entweder
beidseitig von der Trennstelle in Längsrichtung weggezogen oder
der Strang des Koaxialprofiles an einer Seite von der Trennstelle
festgehalten und an der andren Seite der Trennstelle in Längsrichtung
vom Strang weggezogen, bis zuletzt das Innenrohr 11 vom Strang 10' abgezogen
vollständig abgezogen und eine Trennung erzielt ist.
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Da
die Bereiche, die am weitesten vom Außenrohr 14 entfernt
sind, nämlich das Innenrohr 11, beim Ziehvorgang
am längsten gezogen werden, ereichen die Enden 11' des
Innenrohres 11 die größte Längenausdehnung,
den maximalen Überstand 21. Der entstandene Überstand 21 der
Enden 11' des Innenrohres 11 und der Enden der
Stege kann bei den Anschlussstücken berücksichtigt
werden, zumal der maximale Überstand 21 abhängig
von der verwendeten Aluminiumlegierung nicht sehr groß ist.
Im Ausführungsbeispiel wurde eine 3003-Aluminiumlegierung
verwendet. Die Wanddicke d1 des Innenrohres 11, des Außenrohres 14 und
der Stege 19 ist gleich und beträgt 1,0 mm. Der
maximale Überstand 21 beträgt 0,5 mm.
Auch der Bereich, der sich durch den Trennvorgang verändert
hat, nämlich die verjüngenden Enden 11' des
Innenrohres 11 bzw. die verjüngenden Enden der
Stege 19 ist nicht sehr groß. Die Länge
der verjüngenden Enden 11' des Innenrohres 11 und
der Stege erstreckt sich maximal auf 5 mm.
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Durch
die geringfügige Veränderung der Wanddicke des
Innenrohres 11 bzw. der Stege 19 an deren Enden
wird die Querschnittsfläche der Außenkanäle 18 bzw.
die Querschnittsfläche des Zentralkanales 12 nicht
so wesentlich verändert, dass es im Bereich der Anschlussstücke
zu wesentlichen Druckverlusten kommt, zumal bei den meisten Anschlussstücken
eine Zuleitung endseitig in den Zentralkanal 12 eingeschoben
wird, die an den Innendurchmesser d3 des Zentralkanals angepasst
ist. Der Innendurchmesser d3 ist in diesem Fall 6 mm, im Bereich
der Stirnfläche ist er auf 7 mm vergrößert.
Diese Vergrößerung erleichtert in vorteilhafter
Weise das Einschieben einer Zuleitung.
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Bei
Verwendung des Koaxialprofiles 10 im inneren Wärmetauscher
werden beidseitig Anschlusstücke vorgesehen, die es ermöglichen
kühles Hochdruckmedium von einer Seite in den Zentralkanal 12 einzuleiten
und am anderen Ende wieder abzuleiten und warmes gasförmiges
Medium an einer Seite aus den Außenkanälen 18 aufzunehmen
und an der anderen Seite entsprechend verteilt auf die Außenkanäle
einzuspeisen. Die Querschnittsflächen der Außenkanäle 18 sind
alle gleich groß, so dass ein gleichmäßiger
Wärmeaustausch zwischen den Außenkanälen 18 und
dem Zentralkanal 12 stattfindet. Dies wird unterstützt
durch die konzentrische Anordnung der Außenkanäle 18 zum
Zentralkanal 12 und die sich radial erstreckenden Stege 19.
Diese Stege 19 unterstützen zudem die Stabilität
des Koaxialprofils 10.
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Ein
Verfahren zur Herstellung eines Koaxialprofils 10 ist beispielsweise
in der 3 in einer Prinzipskizze dargestellt
und soll nachfolgend näher beschrieben werden.
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In
einem ersten Schritt ein Barren aus einer 3003-Aluminiumlegierung
in eine Strangpresse A eingeführt und durch Strangpressen
ein Strang 10' eines Koaxialprofils erhalten. Der Strang 10' des
Koaxialprofils besitzt den in 1 gezeigten
Querschnitt. Dieser aus der Strangpresse A austretende Strang 10' des
Koaxialprofils wird im Pressenauslauf abgekühlt, d. h.
durchlauft eine Kühlstrecke B. Der abgekühlte
Strang 10' wird dann am Ende der Kühlstrecke B
auf eine Wickelrolle C aufgewickelt. Dies ist in 3a gezeigt.
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Von
der Wickelrolle C kann dann an einem anderen Ort und zu einer beliebigen
Zeit der Strang 10' des Koaxialprofils wieder abgecoilt
werden. Siehe dazu 3b. Beim Abwickeln des Stranges 10' von der
Wickelrolle C wird dieser gerichtet. Dazu durchläuft er
mehrere versetzt angeordnete Rollen, die in 3 als
Richtvorrichtung E zusammengefasst sind. Der gerichtete Strang 10' wird
mittels eines Förderbandes G transportiert und durchläuft
nach dem Richten E eine Ritzvorrichtung F und eine Trennvorrichtung
H. Das Föderband kann wie in 3b gezeigt,
nach der Ritzvorrichtung F oder wie in 3c gezeigt,
nach der Richtvorrichtung E angeordnet werden.
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In
der Ritzvorrichtung F wird nach Durchlauf einer vorgegebenen Länge
des Stranges 10' des Koaxialprofils an der vorgesehenen
Trennstelle umfangsseitig ein Einschnitt in die Mantelfläche 15 des Außenrohres 14 erzeugt.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß 1 mit
einer Wanddicke von d1 = 1 mm wird ein 0,9 mm tiefer Einschnitt
vorgenommen und der Strang 10' dann weiter zu der Trennvorrichtung
H transportiert, wo das Abtrennen einer gewünschten Länge
des Koaxialprofils 10 erfolgt. Hierzu wird der Strang 10' des
Koaxialprofils in der Trennvorrichtung H angehalten, sobald die
vorgesehenen Trennstelle ihre vorgesehene Lage in der Trennvorrichtung
H erreicht hat. Der Strang 10' wird beidseitig der vorgesehene
Trennstelle von oben und unten mittels einer Klemmbacke gefasst,
so dass die beiden Klemmbacken den Strang umfangseitig in sich aufnehmen
und fest halten. Dann erfolgt die Trennung durch einen Ziehvorgang,
wozu der Strang 10' in Längsrichtung des Koaxialprofils
mit Hilfe der Klemmbacken gezogen wird. Bei diesem Zerreißprozess
wird, ausgehend von dem umfangsseitigen Einschnitt, ein Riss in
Querrichtung des Stranges erzeugt, der sich von außen nach
innen fortsetzt und zur Abtrennung einer gewünschten Länge
eines Koaxialprofils 10 führt. Für das
Koaxialprofil 10 aus der 3003-Aluminiumlegierung mit einer
Wanddicke d1 von 1 mm und der Ritztiefe von 90% der Wanddicke d1
des Außenrohres 14, also 0,9 mm wurde eine Zerreißkraft
von 6,39 bis 6,55 kN benötigt.
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Um
beidseitig von der Trennstelle wegziehen zu können, wird
bevorzugt ein Materialspeicher D in Form einer Tänzervorrichtung.
Nach dem Abtrennen des Koaxialprofils 10 wird dieses Weitertransportiert, beispielsweise
zur Konfektionierung und/oder Verpackung. Ein Reinigungsschritt
ist nicht notwendig. Eventuell verwendete Schmierfette oder Schmieröle für
den Einschnitt gelangen beim Reißvorgang nicht in die Außenkanäle.
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Der
Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein einfaches Verfahren
zur Herstellung eines Koaxialrohres zur Verfügung gestellt
wird, das sich von den bekannten Herstellungsverfahren insbesondere durch
den Trennschritt unterscheidet. Dieser Trennschritt führt
dazu, dass ein Koaxialprofil erhalten wird, das gratfrei und frei
von Verunreinigungen ist und in einfacher Weise mit Anschlussstücken
versehen und verlötet werden kann.
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Die
Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel
beschränkt. So kann ein Koaxialprofil 10 weniger
oder mehr Außenkanäle 18 besitzen. Eine
von der konzentrischen Form abgewandelte Querschnittsform haben,
oder für spezielle Anwendungszwecke können auch
die Querschnittsflächen der Außenkanäle
unterschiedlich gestaltet sein. Des Weiteren ist bekannt, zur Unterstützung
des Wärmeaustausches von der inneren Mantelfläche
des Innenrohres radial nach innen in den Zentralkanal 12 weisende
Rippen vorzusehen. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 und 2 ist
der Zentralkanal 12 zylindrisch und weist keine Rippen
auf, um die Strömungsgeschwindigkeit des Hochdruckmediums
nicht zu verringern.
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- 10
- Koaxialprofil
- 10'
- Koaxialprofilstrang
- 11
- Innenrohr
- 11'
- Ende
von 11
- 12
- Zentralkanal
- 13
- äußere
Matelfläche von 11
- 14
- Außenrohr
- 14'
- Ende
von 14
- 15
- äußere
Mantelfläche von 14
- 16
- innere
mantelfläche von 14
- 17
- Stirnfläche
von 14
- 18
- Außenkanal
- 19
- Steg
- 20
- Stirnfläche
von 10
- 21
- maximaler Überstand
- A
- Strangpresse
- B
- Kühlstrecke
- C
- Wickelvorrichtung
- D
- Materialspeicher
- E
- Richtvorrichtung
- F
- Ritzvorrichtung
- G
- Förderband
- H
- Trennvorrichtung
- d1
- Wanddicke
von 11, 14, 19
- d2
- Wanddicke
von 14'
- d3
- Durchmesser
von 12
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6098704 [0003]
- - DE 10053000 A1 [0003]