EP1630513B1 - Flachrohr für einen Wärmeübertrager, insbesondere für Kraftfahrzeuge und Verfahren zur Herstellung des Flachrohres - Google Patents
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- EP1630513B1 EP1630513B1 EP05014942.6A EP05014942A EP1630513B1 EP 1630513 B1 EP1630513 B1 EP 1630513B1 EP 05014942 A EP05014942 A EP 05014942A EP 1630513 B1 EP1630513 B1 EP 1630513B1
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Definitions
- EP 1 060 808 discloses a method for producing a flat tube from a sheet-metal strip with inward embossments, so-called turbulators, and at least two chambers, wherein first a flat sheet metal strip is provided and fed to a tube forming machine, wherein the embossments are formed in one or more stages from the sheet metal strip, and wherein at the longitudinal edges of the sheet metal head radii are formed. It is known to produce flat tubes for heat exchangers from a sheet-metal strip, preferably from a double-side solder-plated aluminum strip in a continuous process on a corresponding pipe-making machine.
- the flat tube After bending and forming the flat tube cross-section, the flat tube is closed by a welded or soldered longitudinal seam.
- Such flat tubes are z. B. used for coolant radiator in motor vehicles, the flat tubes are joined with corrugated ribs to form a block and soldered.
- the flat tube cross-sections are formed as slim as possible, to increase the internal pressure resistance webs, folds or beads are provided which act as tie rods and divide the flat tube cross-section into chambers.
- flat tubes which are not designed as multi-chamber tubes, but have a continuous cross-section, wherein to increase the heat transfer to the inside of the tube, ie, for. B.
- turbulators on the coolant side so-called turbulators or vortex generators are provided in the form of inwardly directed impressions. These arranged on both sides turbulators do not touch each other, but leave between them a distance, ie a clear channel height for a core flow; they do not act as tie rods. In order to achieve the necessary internal pressure resistance of such flat tubes, These tubes must be designed accordingly thick-walled. This increases the weight and the material consumption.
- Another multi-chamber tube was through the EP 0 637 474 A1 known, wherein the individual chambers are divided by soldered together, extending in the longitudinal direction beads.
- flat tubes are disclosed which are reinforced by knob-like tie rods.
- the turbulators are preferably formed as elongated impressions, which are arranged in rows transversely to the flow direction and arranged at an angle to each other - they form so-called winglet pairs.
- a similar flat tube was through the EP 1 061 319 B1 known, also suitable for a motor vehicle radiator.
- a flat tube equipped with turbulators is designed as a multi-chamber tube, d. H. Has at least two chambers which are separated from each other by a partition wall.
- the turbulators are preferably arranged on both flat sides of the flat tube in each chamber.
- the partitions may advantageously be formed as a web, fold or beads, and the flat tubes are advantageously longitudinal seam welded or soldered by means of a fold.
- the turbulators can have any shape, d. H. oblong or round or angular, d. H. be designed knob-shaped or truncated pyramid, as is already known from the prior art.
- the turbulators extend into the interior of the pipe only so far that a clear channel height is maintained for an undisturbed core flow. This provides the advantage that on the one hand the heat transfer improves, but the pressure drop is not excessively increased.
- the turbulators are preferably arranged only on the flat areas of the longitudinal sides and preferably designed as so-called winglets, which represent an optimum between heat transfer and pressure drop.
- a flat strip which preferably consists of aluminum and Lotplattiert on both sides; it is fed to a tube forming machine, which converts the flat strip into flat tubes in a continuous process.
- a tube forming machine which converts the flat strip into flat tubes in a continuous process.
- each folds are placed on the longitudinal edges, ie edges folded approximately at right angles.
- the turbulators are molded, in a single or multi-stage, preferably two-stage process, ie, first by prefetching a preform and then stamping a final mold.
- a two- or multi-chamber tube is produced, in which the partition or the partitions are formed by beads.
- the turbulators are first formed again in the flat band, preferably in a two-stage process, and then beads are formed between the turbulators. Thereafter, head radii are formed at the longitudinal edges, and the tube is closed so that the beads and the head radii abut each other, the head radii being preferably merged into a butt joint which is longitudinally welded.
- the beads solder - when soldering a heat exchanger block - and thus form tie rods and one or more dense partitions.
- a folding tube is produced by a similar method, which in turn starts from a flat strip and initially forms at least one web which is formed in one or more forming steps out of the flat strip.
- the turbulators are then formed in the flat band, then head radii are formed on the longitudinal edges, which are finally combined to form a butt joint, which is preferably longitudinally welded.
- the bridge soldered to the opposite flat side.
- the head radii are shaped such that when closing the flat tube forms a lap joint or edge-side fold, which can be soldered. This eliminates the welding process.
- the turbulators are produced in a continuous process, d. H. by rolling, wherein the flat strip is passed through a pair of rollers, which has the shape of the turbulators as a die and male.
- the flat tube is used for a motor vehicle heat exchanger, in particular a coolant radiator, which has a brazed block, which consists of flat tubes and corrugated fins.
- a coolant radiator which has a brazed block, which consists of flat tubes and corrugated fins.
- the flat soldered on both sides flat tube can be easily soldered to the corrugated ribs in a block.
- the high degree of slenderness of the flat tube ensures a low air-side pressure drop, on the other hand is given by the partitions in the form of webs, folds or beads the required internal pressure resistance, which is adapted to the prevailing pressures in a coolant circuit.
- the heat transfer of the coolant is improved in the tube, d. H. the cooling capacity of the radiator is increased without the pressure drop, d. H. the pump capacity increases considerably. This is a lighter and more powerful cooler for motor vehicles to produce.
- Fig. 1 shows a schematic representation of a cross section through a non-inventive flat tube, which is designed as a so-called folding tube with a arranged in the middle fold 2, softer the flat tube 1 divided into two chambers 3, 4.
- the cross section of the flat tube 1 is composed of two flat sides 1a, 1b and two rounded narrow sides 1c, 1d.
- dashed contours 5a, 5b, 5c, 5d are shown by turbulators. Between each turbulators 5 a, 5 c and 5 b, 5 d, a clear channel height h is left, which is free of turbulators.
- the turbulators 5a, 5b, 5c, 5d are vortex generators, which are designed as impressions projecting into the interior of the flat tube and are formed by the prior art, in particular the DE 101 27 084 A1 the applicant, known per se.
- the folding tube 1 is preferably made of a double-sided solder-plated aluminum sheet, a so-called flat strip or pipe tape and soldered in the region of the middle fold 2. A method of manufacturing the folding tube 1 will be described below.
- Fig. 2 shows a two-chamber tube designed as a folding tube 6 with a central partition wall 7, which is designed as a web.
- Same parts are here with the same reference numbers as in Fig. 1 that is, the flat sides 1a, 1b and the rounded narrow sides 1c, 1d; as well as the chambers 3, 4 and the dashed lines contours 5a, 5b, 5c, 5d for the turbulators, which extend within a chamber 3, 4 over a width b, which is part of the flat sides 1a, 1b.
- the section b ends so on the one hand in front of the central web 7 and on the other hand before the rounding of the narrow sides 1c, 1d.
- the folding tube 2 is closed by a fold 8, which is arranged in the region of the narrow side 1c - in this area, the edges of the flat strip curved to radii overlap and form the solderable fold 8.
- the production of the folding tube 6 will be explained below.
- Fig. 3 shows a so-called bead tube 9 formed two-chamber tube, which is welded in the region of a narrow side 1c by a longitudinal seam 10.
- beads 11, 12 are formed, which form a partition by soldering and divide the tube into two chambers 3, 4.
- the turbulators formed as impressions in the flat sides 1 a, 1 b are indicated by dashed lines 5 a, 5 b, 5 c, 5 d.
- a manufacture of the welded bead pipe 9 will be described below.
- Fig. 4 shows a two-pipe tube designed as a welded bar tube 13, which has a central web 14 and a weld seam 15 indicated in the region of the narrow side 1c. Otherwise, the two-chamber tube 13 corresponds to those of the previous embodiments and carries the same reference numerals for the same parts. A method of manufacturing the welded bar tube 13 will be explained below.
- flat tubes are also possible with a plurality of partitions formed as a fold, web and / or beads, d. H. with more than two chambers.
- FIGS. 5a to 5f show individual, non-inventive method steps for producing a seaming tube with a central web, as in Fig. 1 is shown.
- the starting material for the production of the finished flat tube is a flat strip made of aluminum, which is solder-plated on both sides and is continuously fed to a machine, not shown, for tube production.
- Fig. 5a shows a flat belt 16, which - after a first process step - at its longitudinal edges perpendicularly erected folds 17, 18, which is carried out by the machine, not shown by single or multi-stage roll forming.
- Vorformen 19 are preferred by turbulators in a first stage, ie formed from the flat strip 16.
- a second stage shown in Fig. 5c , Formed by countermolding the shapes of the final shape of the turbulators 20, which are shown in the drawing as rectangles - compared to the slightly rounder preform 19. Due to the two-stage deformation process for the manufacture of the turbulators 20 results in the desired shape of the turbulators without it a substantial change in the material thickness of the flat strip 16 comes.
- the turbulators 20 are distributed across the width of the flat strip 16, ie from fold 17 to fold 18 in groups between which distances are left, in particular flat areas 21, 22, which in the subsequent method step - shown in FIG Fig. 5d - Be bent to so-called head radii 23, 24. The latter form the rounded narrow sides of the flat tube.
- Fig. 5c Formed by countermolding the shapes of the final shape of the turbulators 20, which are shown in the drawing as rectangles - compared to the slightly rounder preform 19. Due to the two-stage deformation process for the manufacture of the turbulators 20
- FIG. 5e shows the flat band 16 with almost finished bent head radii 23, 24, between which the continuous bottom of the tube to be manufactured is arranged.
- Fig. 5f shows finally the finished, closed folding tube 25, in which the two folds 17, 18 come to lie parallel to each other and in the middle.
- the folding tube 25 will later, z. B. soldered in the production of a block, not shown, for a heat exchanger and is therefore sealed.
- the fold 17, 18 acts as a tie rod.
- the turbulators 20, which are in the flat areas of the pipe wall are embossed, project into the free flow cross-sections and thus act as a vortex generator to increase the heat transfer.
- FIGS. 6a to 6f show in individual, not inventive steps the production of a folding tube, as shown in Fig. 2 is shown, ie with a laterally arranged in the region of the narrow side fold.
- Fig. 6a shows a flat strip 26 after a first process step in which a web 27 has been formed, ie the flat strip 26 is formed in the region of the web 27, which can be done in several stages.
- Fig. 6b shows the flat strip 26 after a further process step in which - also in several stages - at both longitudinal edges head radii 28, 29 were formed. In a next process step - shown in Fig.
- Turbulators are preferred, that is, it is a preform 30, which is formed nub-shaped or conical, produced in a first deformation stage. In the process, flat areas are left at the locations where radii are later bent for the narrow side of the pipe. This is the case here in the area of a center line m.
- a further process step - shown in Fig. 6d - The final shape of the turbulators 31 is produced by counter-stamping.
- a next process step - shown in Fig. 6e The flat strip 26 is closed to a tube, that is bent in the region of the center line m to a radius 32, which forms the later narrow side of the tube.
- 6f shows the finished, ie closed web tube 33, in which the two head radii 28, 29 overlap over a range of about 180 degrees, which is soldered later.
- the flat tube 33 is sealed and obtained by the soldering of the web 27 with the opposite side and a tie rod.
- the turbulators 31 protrude inwards into the two flow channels of the two-chamber tube 33.
- FIGS. 7a to 7f show in several process steps the production of a welded beading tube, as in Fig. 3 is shown.
- the starting material is again a ribbon 34, from which in a first process step - shown in Fig. 7a Preform 35 of the turbulators are made, in four groups, between which, symmetrical to a center line m, leave clearances with flat areas of the flat belt 34 are.
- Fig. 7b shows the flat strip after the next process step, namely the counter-stamping, which brings the turbulators 36 in its final shape.
- the next step in the process is to form two beads 37, 38 in the flat strip 34 symmetrically to the center line m, which in Fig. 7c are shown.
- Fig. 7e shows the closing of the tube, wherein in the region of the center line m a radius 41 is bent.
- Fig. 7f shows the closed bead tube 42. Both tube halves are brought together so that the head radii 39, 40 butt together and form a butt joint, which is closed with a longitudinal weld 43.
- the two beads 37, 38 are directly opposite each other, but do not touch each other in the drawing.
- the beading combs are later contacted during leveling and soldering of the bead pipes.
- FIGS. 8a to 8f show in individual process steps the production of a welded bar tube, as in Fig. 4 is shown.
- Starting material is again a flat band 44, in which first a web 45, preferably formed in several stages - shown in Fig. 8a , In this case, the web 45 is arranged eccentrically to the center line m and in the middle of half the bandwidth.
- Fig. 8b shows preforms 46 for the turbulators made by drawing. Subsequently, the turbulators 47 are brought into their final shape by countermolding.
- Fig. 8d shows the forming of head radii 48, 49 on the edge sides of the flat band 44th Fig.
- FIG. 8e shows the process step "tube closing", wherein in the region of the center line m a radius 50 is bent into the flat band 44.
- Fig. 8f shows the finished web tube 51, which is closed by a weld 52 in the region of the butt-headed head radii 48, 49.
- the web 45 does not contact the opposite side of the tube 51, since this flat side is still crowned. It is leveled later, then contacted the web 45 with its web back the opposite side and is soldered to this.
- Fig. 9 shows the manufacturing process for embossing turbulators.
- a pipe belt 53 is fed to a pair of rollers 54, 55 and, after passing through the pair of rollers, receives the desired embossing of the turbulators.
- the upper roller 54 distributed on the circumference arranged projections (male) 54a, while the lower roller 55 corresponding depressions (matrices) 55a, also distributed over the circumference.
- the pipe band 53 is thus pressed by the elevations 54a in the recesses 55a.
- Fig. 10 shows a section of a pipe belt 56, in which turbulators 57, 58 after the top to Fig. 9 are formed described method.
- Both turbulators 57, 58 are formed as elongated shapes and V-shaped to each other, they form a so-called winglet pair, as is known from the above DE 101 27 084 A1 the applicant is known.
- the flow direction of the flow medium within the flat tube, that is, for example, a coolant is represented by an arrow S.
- a laterally arranged section AA shows the inwardly (into the tube interior) directed, approximately trapezoidal profile of the winglets 57, 58th
- Fig. 11 shows a further section of a pipe belt 59 with a turbulator 60, which is formed in the shape of a truncated pyramid and is formed from the pipe band 59.
- An adjacent section BB shows the profile of the turbulator 60.
- Fig. 12 shows a section of a pipe belt 61 with a further embodiment of a turbulator 62, which is frusto-conical.
- a section CC shows the profile of the turbulator 62.
- the flat tubes described above are preferably used for heat exchangers in motor vehicles, in particular coolant radiator.
- the latter have a soldered block, which consists of flat tubes and arranged between them corrugated fins.
- the flat tubes are thus flowed through by the coolant of a cooling circuit of an internal combustion engine of the motor vehicle, while the corrugated fins of ambient air be overflowed.
- the joining of flat tubes and corrugated ribs to a block is carried out by a so-called Kassettierrea, in which the flat tubes are compressed by a suitable clamping device together with the corrugated fins to block size.
- Preferred dimensions of the flat tubes according to the invention for a coolant radiator are tube depths between 20 and 50 mm, preferably 40 mm, tube widths between 1.5 and 2 mm and wall thicknesses between 0.15 and 0.35 mm, preferably between 0.2 and 0.25 mm ,
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Flachrohres nach Anspruch 1.
EP 1 060 808 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Flachrohres aus einem Blechband mit nach innen gerichteten Einprägungen, so genannte Turbulatoren, und mindestens zwei Kammern, wobei zunächst ein flaches Blechband bereitgestellt und einer Rohrformmaschine zugeführt wird, wobei die Einprägungen ein- oder mehrstufig aus dem Blechband geformt werden, und wobei an den Längsrändern des Blechbandes Kopfradien geformt werden. Es ist bekannt, Flachrohre für Wärmeübertrager aus einem Blechband, vorzugsweise aus einem beidseitig lotplattierten Aluminiumband in einem kontinuierlichen Verfahren auf einer entsprechenden Rohrherstellungsmaschine zu fertigen. Nach dem Biegen und Formen des Flachrohrquerschnittes wird das Flachrohr durch eine geschweißte oder gelötete Längsnaht geschlossen. Derartige Flachrohre werden z. B. für Kühlmittelkühler bei Kraftfahrzeugen eingesetzt, wobei die Flachrohre mit Wellrippen zu einem Block gefügt und verlötet werden. Um einen möglichst niedrigen luftseitigen Druckabfall zu erzielen, werden die Flachrohrquerschnitte möglichst schlank ausgebildet, wobei zur Erhöhung der Innendruckfestigkeit Stege, Falze oder Sicken vorgesehen sind, die als Zuganker wirken und den Flachrohrquerschnitt in Kammern aufteilen. Bekannt sind auch Flachrohre, die nicht als Mehrkammerrohre ausgebildet sind, sondern einen durchgehenden Querschnitt aufweisen, wobei zur Erhöhung des Wärmeüberganges auf der Rohrinnenseite, also z. B. auf der Kühlmittelseite so genannte Turbulatoren oder Wirbelerzeuger in Form von nach innen gerichteten Einprägungen vorgesehen sind. Diese auf beiden Seiten angeordneten Turbulatoren berühren sich gegenseitig nicht, sondern belassen zwischen sich einen Abstand, d. h. eine lichte Kanalhöhe für eine Kernströmung; sie wirken somit nicht als Zuganker. Um die notwendige Innendruckfestigkeit derartiger Flachrohre zu erreichen, müssen diese Rohre entsprechend dickwandig ausgelegt werden. Dies erhöht das Gewicht und den Materialverbrauch. - Als Mehrkammerrohre ausgebildete Flachrohre wurden durch eine Vielzahl von Druckschriften bekannt, z. B. durch die
DE 102 01 511 A1 und dieDE 102 01 512 A1 der Anmelderin als geschweißte Mehrkammerrohre, bei welchen die einzelnen Kammern durch einen Steg, der aus dem Flachband geformt ist, abgeteilt werden. Auf der Schmalseite sind die Rohre durch eine Längsschweißnaht geschlossen. Ähnliche, jedoch abgewandelte Mehrkammerrohre wurden durch dieEP 0 457 470 B1 bekannt, wobei auch ein Flachrohr mit sich gegenüber liegenden, miteinander verlöteten Noppen, die als Zuganker zur Erhöhung der Innendruckfestigkeit ausgebildet sind, offenbart ist. Allerdings werden hierdurch keine diskreten Strömungskanäle gebildet. Ein weiteres Mehrkammerrohr wurde durch dieEP 0 637 474 A1 bekannt, wobei die einzelnen Kammern durch miteinander verlötete, in Längsrichtung verlaufende Sicken abgeteilt sind. Als Alternative sind auch Flachrohre offenbart, welche durch noppenartig ausgebildete Zuganker verstärkt sind. Durch dieEP 0 302 232 A1 und dieDE 102 12 300 A1 der Anmelderin wurden gefalzte und gelötete Mehrkammerrohre und Verfahren zur Herstellung eines gefalzten Mehrkammerrohres bekannt. - Andererseits wurde durch die
DE 101 27 084 A1 der Anmelderin ein Flachrohr für einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Kühlmittelkühler für Kraftfahrzeuge bekannt, wobei die flachen Seiten des Flachrohres nach innen gerichtete Ausprägungen, so genannte Wirbelerzeuger oder Turbulatoren aufweisen. Damit wird ein verbesserter Wärmeübergang des Kühlmittels, welches durch die Flachrohre strömt, erreicht. Allerdings sind diese Flachrohre nicht als Mehrkammerrohre ausgebildet und weisen auch keine Zuganker, z. B. von miteinander verlöteten Noppen auf. Man muss diese Rohre daher dickwandiger ausbilden, um die erforderliche Innendruckfestigkeit zu erreichen. Die Turbulatoren sind vorzugsweise als längliche Einprägungen ausgebildet, die in Reihen quer zur Strömungsrichtung angeordnet und im Winkel zueinander angeordnet sind - sie bilden so genannte Winglet-Paare. Ein ähnliches Flachrohr wurde durch dieEP 1 061 319 B1 bekannt, ebenfalls für einen Kraftfahrzeugkühler verwendbar. - Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Flachrohr der eingangs genannten Art zu schaffen, welches einerseits eine hohe Innendruckfestigkeit und andererseits einen hohen Wärmeübergang auf der Rohrinnenseite aufweist.
- Diese Aufgabe wird zunächst durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein mit Turbulatoren ausgestattetes Flachrohr als Mehrkammerrohr ausgebildet ist, d. h. mindestens zwei Kammern aufweist, welche durch eine Trennwand voneinander abgeteilt sind. Damit wird der Vorteil erreicht, dass einerseits ein verbesserter Wärmeübergang auf der Rohrinnenseite stattfindet und andererseits eine erhöhte Innendrucksteifigkeit, verbunden mit einer verringerten Materialstärke (Rohrwanddicke), gegeben ist. Die Turbulatoren sind vorzugsweise auf beiden flachen Seiten des Flachrohres in jeder Kammer angeordnet. Die Trennwände können vorteilhafterweise als Steg, Falz oder Sicken ausgebildet sein, und die Flachrohre sind vorteilhafterweise längsnahtgeschweißt oder mittels eines Falzes gelötet.
- In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können die Turbulatoren beliebige Formen aufweisen, d. h. länglich oder rund oder eckig, d. h. noppenförmig oder pyramidenstumpfförmig ausgebildet sein, wie dies bereits aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Turbulatoren erstrecken sich in das Rohrinnere nur so weit, dass eine lichte Kanalhöhe für eine ungestörte Kernströmung erhalten bleibt. Damit wird der Vorteil erzielt, dass einerseits der Wärmeübergang verbessert, der Druckabfall jedoch nicht übermäßig erhöht wird. Die Turbulatoren sind vorzugsweise nur auf den flachen Bereichen der Längsseiten angeordnet und vorzugsweise als so genannte Winglets ausgebildet, welche ein Optimum zwischen Wärmeübergang und Druckabfall darstellen.
- Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch die Merkmale des Patentanspruches 10 und der nebengeordneten Verfahrensansprüche 11 und 12 gelöst. Zur Herstellung eines so genannten Falzrohres wird als Ausgangsmaterial ein Flachband, verwendet, welches vorzugsweise aus Aluminium besteht und beidseitig lotplattiert ist; es wird einer Rohrformmaschine, welche das Flachband in einem kontinuierlichen Prozess in Flachrohre umformt, zugeführt. Zunächst werden an den Längsrändern jeweils Falze aufgestellt, d. h. Ränder etwa rechtwinklig abgekantet. Danach werden die Turbulatoren geformt, und zwar in einem ein- oder mehrstufigen, vorzugsweise zweistufigen Prozess, d. h. zunächst durch Vorziehen einer Vorform und anschließendes Gegenprägen einer Endform. Zwischen den Turbulatoren werden, in Breitenrichtung, gesehen Abstände belassen, innerhalb welcher das Band flach bleibt und somit zur Herstellung von Kopfradien gebogen werden kann. Abschließend wird das Rohr geschlossen und im Bereich des Falzes gelötet. Letzter bildet die Trennwand für ein Zweikammerrohr, wirkt als Zuganker und bildet gleichzeitig die Längsnaht des Rohres.
- In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird ein Zwei- oder Mehrkammerrohr hergestellt, bei welchem die Trennwand bzw. die Trennwände durch Sicken gebildet sind. Ausgehend von einem Flachband, werden zunächst wiederum die Turbulatoren in das Flachband eingeformt, vorzugsweise in einem zweistufigen Verfahren, und anschließend werden zwischen den Turbulatoren Sicken eingeformt. Danach werden an den Längsrändern Kopfradien geformt, und das Rohr wird derart geschlossen, dass die Sicken und die Kopfradien aufeinander stoßen, wobei die Kopfradien vorzugsweise zu einem Stumpfstoß zusammengeführt werden, der längsnahtgeschweißt wird. Die Sicken verlöten - beim Löten eines Wärmetauschers-blockes - und bilden somit Zuganker und eine oder mehrere dichten Trennwände.
- In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird ein Falzrohr nach einem ähnlichen Verfahren hergestellt, wobei man wiederum von einem Flachband ausgeht und zunächst mindestens einen Steg formt, der in einem oder mehreren Umformschritten aus dem Flachband geformt wird. Beiderseits des Steges bzw. der Stege werden anschließend die Turbulatoren in das Flachband eingeformt, danach werden an den Längsrändern Kopfradien angeformt, die abschließend zu einem Stumpfstoß zusammengeführt werden, der vorzugsweise längsnahtverschweißt wird. Der Steg verlötet mit der gegenüber liegenden Flachseite.
- Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Kopfradien derart geformt, dass sich beim Schließen des Flachrohres ein Überlappungsstoß bzw. randseitiger Falz bildet, welcher gelötet werden kann. Damit entfällt der Schweißvorgang.
- In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung werden die Turbulatoren in einem kontinuierlichen Prozess hergestellt, d. h. durch Walzen, wobei das Flachband durch ein Walzenpaar geführt wird, welches die Form der Turbulatoren als Matrize und Patrize aufweist.
- Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Flachrohr für einen Kraftfahrzeugwärmetauscher, insbesondere einen Kühlmittelkühler verwendet, welcher einen gelöteten Block aufweist, der aus Flachrohren und Wellrippen besteht. Das beidseitig lotplattierte Flachrohr kann mit den Wellrippen einfach zu einem Block verlötet werden. Der hohe Schlankheitsgrad des Flachrohres gewährleistet einen geringen luftseitigen Druckabfall, andererseits ist durch die Trennwände in Form von Stegen, Falzen oder Sicken die erforderliche Innendruckfestigkeit gegeben, welche an die in einem Kühlmittelkreislauf herrschenden Drücke angepasst ist. Darüber hinaus wird der Wärmeübergang des Kühlmittels im Rohr verbessert, d. h. die Kühlleistung des Kühlers wird erhöht, ohne dass der Druckabfall, d. h. die Pumpenleistung erheblich ansteigt. Damit ist ein leichterer und leistungsstärkerer Kühler für Kraftfahrzeuge herstellbar.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen
- Fig. 1
- ein als Falzrohr ausgebildetes nicht erfindungsgemäßes Flachrohr (Zweikammerrohr) mit mittlerem Falz,
- Fig. 2
- ein als Falzrohr ausgebildetes Flachrohr (Zweikammerrohr) mit mittlerem Steg und seitlichem Falz,
- Fig. 3
- ein als geschweißtes Sickenrohr ausgebildetes Flachrohr (Zweikammerrohr),
- Fig. 4
- ein als geschweißtes Stegrohr ausgebildetes Flachrohr (Zweikammerrohr),
- Fig. 5a - 5f
- nicht erfindungsgemäße Verfahrensschritte zur Herstellung eines Falzrohres gemäß
Fig. 1 mit Turbulatoren, - Fig. 6a - 6f
- nicht erfindungsgemäße Verfahrensschritte zur Herstellung eines Stegrohres gemäß
Fig. 2 mit Turbulatoren, - Fig. 7a - 7f
- Verfahrensschritte zur Herstellung eines geschweißtes Sickenrohres gemäß
Fig. 3 mit Turbulatoren, - Fig. 8a - 8f
- Verfahrensschritte zur Herstellung eines geschweißtes Stegrohres gemäß
Fig. 4 mit Turbulatoren, - Fig. 9
- ein Walzenpaar zur Einformung von Turbulatoren in ein Flachband,
- Fig. 10
- einen Ausschnitt eines Flachrohres mit als winglets ausgebildeten Turbulatoren,
- Fig. 11
- einen Ausschnitt eines Flachrohres mit als Pyramidenstumpf ausgebildeten Turbulatoren und
- Fig. 12
- einen Ausschnitt eines Flachrohres mit kegelstumpfförmigen Turbulatoren (Noppen).
-
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch ein nicht erfindungsgemäßes Flachrohr, welches als so genanntes Falzrohr mit einem in der Mitte angeordneten Falz 2 ausgebildet ist, weicher das Flachrohr 1 in zwei Kammern 3, 4 unterteilt. Der Querschnitt des Flachrohres 1 setzt sich aus zwei flachen Seiten 1a, 1b sowie zwei gerundeten Schmalseiten 1c, 1d zusammen. In den beiden Kammern 3, 4 sind gestrichelt Konturen 5a, 5b, 5c, 5d von Turbulatoren eingezeichnet. Zwischen sich gegenüber liegenden Turbulatoren 5a, 5c bzw. 5b, 5d ist jeweils eine lichte Kanalhöhe h belassen, welche frei von Turbulatoren ist. Die Turbulatoren 5a, 5b, 5c, 5d sind Wirbelerzeuger, welche als in das Innere des Flachrohres ragende Einprägungen ausgebildet und durch den Stand der Technik, insbesondere dieDE 101 27 084 A1 der Anmelderin, an sich bekannt sind. Das Falzrohr 1 ist vorzugsweise aus einem beidseitig lotplattierten Aluminiumblech, einem so genannten Flachband oder Rohrband hergestellt und im Bereich des mittleren Falzes 2 verlötet. Ein Verfahren zur Herstellung des Falzrohres 1 wird unten beschrieben. -
Fig. 2 zeigt ein als Falzrohr 6 ausgebildetes Zweikammerrohr mit einer mittleren Trennwand 7, welche als Steg ausgebildet ist. Gleiche Teile sind hier mit gleichen Bezugszahlen wie inFig. 1 bezeichnet, d. h. die flachen Seiten 1a, 1b und die gerundeten Schmalseiten 1c, 1d; ebenso die Kammern 3, 4 sowie die gestrichelt eingezeichneten Konturen 5a, 5b, 5c, 5d für die Turbulatoren, welche sich innerhalb einer Kammer 3, 4 über eine Breite b erstrecken, welche Teil der flachen Seiten 1a, 1b ist. Der Abschnitt b endet also einerseits vor dem mittleren Steg 7 und andererseits vor der Rundung der Schmalseiten 1c, 1d. Das Falzrohr 2 ist über einen Falz 8 geschlossen, welcher im Bereich der Schmalseite 1c angeordnet ist - in diesem Bereich überlappen sich die zu Radien gebogenen Ränder des Flachbandes und bilden den verlötbaren Falz 8. Die Herstellung des Falzrohres 6 wird weiter unten erläutert. -
Fig. 3 zeigt ein als so genanntes Sickenrohr 9 ausgebildetes Zweikammerrohr, welches im Bereich einer Schmalseite 1c durch eine Längsnaht 10 verschweißt ist. Auch hier werden für gleiche Teile gleiche Bezugszahlen wie inFig. 1 verwendet. In die beiden flachen Seiten 1a, 1b sind Sicken 11, 12 eingeformt, welche durch Verlötung eine Trennwand bilden und das Rohr in zwei Kammern 3, 4 teilen. Die als Einprägungen in die flachen Seiten 1 a, 1 b eingeformten Turbulatoren sind durch gestrichelte Linien 5a, 5b, 5c, 5d angedeutet. Eine Herstellung des geschweißten Sickenrohres 9 wird unten beschrieben. -
Fig. 4 zeigt ein als geschweißtes Stegrohr 13 ausgebildetes Zweikammerrohr, welches einen mittleren Steg 14 und eine im Bereich der Schmalseite 1c angedeutete Schweißnaht 15 aufweist. Ansonsten entspricht das Zweikammerrohr 13 denen der vorherigen Ausführungsbeispiele und trägt für gleiche Teile die gleichen Bezugszahlen. Ein Verfahren zur Herstellung des geschweißten Stegrohres 13 wird unten erläutert. - Abweichend von den dargestellten Ausführungsbeispielen, die Zweikammerrohre zeigen, sind auch Flachrohre mit mehreren als Falz, Steg und/oder Sicken ausgebildeten Trennwänden möglich, d. h. mit mehr als zwei Kammern.
- Die
Figuren 5a bis 5f zeigen einzelne, nicht erfindungsgemäße Verfahrensschritte zur Herstellung eines Falzrohres mit mittlerem Steg, wie es inFig. 1 dargestellt ist. Das Ausgangsmaterial zur Herstellung des fertigen Flachrohres ist ein Flachband aus Aluminium, welches beidseitig lotplattiert ist und einer nicht dargestellten Maschine zur Rohrherstellung kontinuierlich zugeführt wird.Fig. 5a zeigt ein Flachband 16, welches - nach einem ersten Verfahrensschritt - an seinen Längsrändern rechtwinklig aufgestellte Falze 17, 18 aufweist, was durch die nicht dargestellte Maschine durch ein- oder mehrstufiges Walzprofilieren erfolgt. In einem nächsten Verfahrensschritt, dargestellt inFig. 5b , werden Vorformen 19 von Turbulatoren in einer ersten Stufe vorgezogen, d. h. aus dem Flachband 16 ausgeformt. In einer zweiten Stufe, dargestellt inFig. 5c , erfolgt durch Gegenprägen das Formen der Endform der Turbulatoren 20, welche in der Zeichnung als Rechtecke dargestellt sind - gegenüber der etwas runderen Vorform 19. Durch den zweistufigen Verformungsprozess für die Herstellung der Turbulatoren 20 ergibt sich die gewünschte Form der Turbulatoren, ohne dass es zu einer wesentlichen Veränderung der Materialstärke des Flachbandes 16 kommt. Die Turbulatoren 20 sind über die Breite des Flachbandes 16, d. h. von Falz 17 zu Falz 18 in Gruppen verteilt, zwischen welchen Abstände belassen sind, insbesondere flache Bereiche 21, 22, welche im nachfolgenden Verfahrensschritt - dargestellt inFig. 5d - zu so genannten Kopfradien 23, 24 gebogen werden. Letztere bilden die gerundeten Schmalseiten des Flachrohres.Fig. 5e zeigt das Flachband 16 mit fast fertig gebogenen Kopfradien 23, 24, zwischen welchen die durchgehende Unterseite des zu fertigendes Rohres angeordnet ist.Fig. 5f zeigt schließlich das fertige, geschlossene Falzrohr 25, bei welchem die beiden Falze 17, 18 parallel zueinander und in der Mitte zu liegen kommen. Das Falzrohr 25 wird später, z. B. bei der Herstellung eines nicht dargestellten Blockes für einen Wärmeübertrager verlötet und ist damit dicht. Gleichzeitig wirkt der Falz 17, 18 als Zuganker. Die Turbulatoren 20, die in die flachen Bereiche der Rohrwand eingeprägt sind, ragen in die freien Strömungsquerschnitte und wirken damit als Wirbelerzeuger zur Erhöhung des Wärmeüberganges. -
Figuren 6a bis 6f zeigen in einzelnen, nicht erfindungsgemäße Verfahrensschritten die Herstellung eines Falzrohres, wie es inFig. 2 dargestellt ist, d. h. mit einem seitlich im Bereich der Schmalseite angeordneten Falz.Fig. 6a zeigt ein Flachband 26 nach einem ersten Verfahrensschritt, in welchem ein Steg 27 ausgeformt wurde, d. h. das Flachband 26 ist im Bereich des Steges 27 geformt, was in mehreren Stufen erfolgen kann.Fig. 6b zeigt das Flachband 26 nach einem weiteren Verfahrensschritt, in welchem - ebenfalls in mehreren Stufen - an beiden Längsrändern Kopfradien 28, 29 angeformt wurden. In einem nächsten Verfahrensschritt - dargestellt inFig. 6c - werden Turbulatoren vorgezogen, d. h. es wird eine Vorform 30, die noppen- oder kegelförmig ausgebildet ist, in einer ersten Verformungsstufe hergestellt. Dabei werden an den Stellen, wo später Radien für die Schmalseite des Rohres gebogen werden, flache Bereiche belassen. Dies ist hier im Bereich einer Mittellinie m der Fall. In einem weiteren Verfahrenschritt - dargestellt inFig. 6d - wird die Endform der Turbulatoren 31 durch Gegenprägen hergestellt. In einem nächsten Verfahrensschritt - dargestellt inFig. 6e - wird das Flachband 26 zu einem Rohr geschlossen, d. h. im Bereich der Mittellinie m zu einem Radius 32 gebogen, der die spätere Schmalseite des Rohres bildet.Fig. 6f zeigt das fertige, d. h. geschlossene Stegrohr 33, bei welchem sich die beiden Kopfradien 28, 29 über einen Bereich von ca. 180 Grad überlappen, der später verlötet wird. Damit ist das Flachrohr 33 dicht und erhält durch die Verlötung des Steges 27 mit der Gegenseite auch einen Zuganker. Die Turbulatoren 31 ragen nach innen in die beiden Strömungskanäle des Zweikammerrohres 33. -
Figuren 7a bis 7f zeigen in mehreren Verfahrensschritten die Herstellung eines geschweißtes Sickenrohres, wie es inFig. 3 dargestellt ist. Ausgangsmaterial ist wiederum ein Flachband 34, aus welchem in einem ersten Verfahrensschritt - dargestellt inFig. 7a - Vorformen 35 der Turbulatoren hergestellt werden, und zwar in vier Gruppen, zwischen denen, symmetrisch zu einer Mittellinie m, Abstände mit flachen Bereichen des Flachbandes 34 belassen sind.Fig. 7b zeigt das Flachband nach dem nächsten Verfahrensschritt, nämlich dem Gegenprägen, welches die Turbulatoren 36 in ihre End-form bringt. Der nächste Verfahrensschritt besteht darin, symmetrisch zur Mittellinie m zwei Sicken 37, 38 in das Flachband 34 einzuformen, welche inFig. 7c dargestellt sind. Anschließend erfolgt als nächster Verfahrensschritt das Formen von Kopfradien 39, 40 an den Randseiten des Flachbandes 34, welche zu einem Viertelkreis aufgestellt werden.Fig. 7e zeigt das Schließen des Rohres, wobei im Bereich der Mittellinie m ein Radius 41 gebogen wird.Fig. 7f zeigt das geschlossene Sickenrohr 42. Beide Rohrhälften sind zusammengeführt, so dass die Kopfradien 39, 40 stumpf aufeinander stoßen und einen Stumpfstoß bilden, welcher mit einer Längsschweißnaht 43 geschlossen ist. Die beiden Sicken 37, 38 liegen sich direkt gegenüber, berühren sich in der zeichnerischen Darstellung jedoch noch nicht. Ein Kontaktieren der Sickenkämme erfolgt später beim Planieren und Verlöten der Sickenrohre. -
Figuren 8a bis 8f zeigen in einzelnen Verfahrensschritten die Herstellung eines geschweißten Stegrohres, wie es inFig. 4 dargestellt ist. Ausgangsmaterial ist wiederum ein Flachband 44, in welches zunächst ein Steg 45, vorzugsweise in mehreren Stufen eingeformt wird - dargestellt inFig. 8a . Dabei ist der Steg 45 außermittig zur Mittellinie m und in der Mitte der halben Bandbreite angeordnet.Fig. 8b zeigt Vorformen 46 für die Turbulatoren, hergestellt durch Vorziehen. Anschließend werden die Turbulatoren 47 durch Gegenprägen in ihre endgültige Form gebracht.Fig. 8d zeigt das Formen von Kopfradien 48, 49 an den Randseiten des Flachbandes 44.Fig. 8e zeigt den Verfahrensschritt "Rohrschließen", wobei im Bereich der Mittellinie m ein Radius 50 in das Flachband 44 gebogen wird.Fig. 8f zeigt das fertige Stegrohr 51, welches im Bereich der stumpf aufeinander geführten Kopfradien 48, 49 durch eine Schweißnaht 52 verschlossen ist Der Steg 45 kontaktiert die gegenüber liegende Seite des Rohres 51 noch nicht, da diese Flachseite noch ballig ausgebildet ist. Sie wird später planiert, dann kontaktiert der Steg 45 mit seinem Stegrücken die gegenüber liegenden Seite und wird mit dieser verlötet. -
Fig. 9 zeigt den Herstellungsprozess für das Prägen von Turbulatoren. Ein Rohrband 53 wird einem Walzenpaar 54, 55 zugeführt und erhält nach dem Durchlaufen des Walzenpaares die gewünschte Prägung der Turbulatoren. Hierzu weist die obere Walze 54 auf den Umfang verteilt angeordnete Erhebungen (Patrizen) 54a auf, während die untere Walze 55 entsprechende Vertiefungen (Matrizen) 55a, ebenfalls über den Umfang verteilt, aufweist. Das Rohrband 53 wird somit durch die Erhebungen 54a in die Vertiefungen 55a gedrückt. -
Fig. 10 zeigt einen Ausschnitt aus einem Rohrband 56, in welches Turbulatoren 57, 58 nach dem oben zuFig. 9 beschriebenen Verfahren eingeformt sind. Beide Turbulatoren 57, 58 sind als längliche Ausprägungen ausgebildet und V-förmig zueinander angeordnet, sie bilden ein so genanntes Winglet-Paar, wie es aus der eingangs genanntenDE 101 27 084 A1 der Anmelderin bekannt ist. Die Strömungsrichtung des Strömungsmediums innerhalb des Flachrohres, also beispielsweise eines Kühlmittels ist durch einen Pfeil S dargestellt. Ein seitlich angeordneter Schnitt A-A zeigt das nach innen (ins Rohrinnere) gerichtete, etwa trapezförmig ausgebildete Profil der winglets 57, 58. -
Fig. 11 zeigt einen weiteren Ausschnitt eines Rohrbandes 59 mit einem Turbulator 60, welcher pyramidenstumpfförmig ausgebildet und aus dem Rohrband 59 ausgeprägt ist. Ein neben liegender Schnitt B-B zeigt das Profil des Turbulators 60. -
Fig. 12 zeigt einen Ausschnitt eines Rohrbandes 61 mit einer weiteren Ausführungsform für einen Turbulator 62, welcher kegelstumpfförmig ausgebildet ist. Ein Schnitt C-C zeigt das Profil des Turbulators 62. - Die oben beschriebenen Flachrohre werden vorzugsweise für Wärmeübertrager in Kraftfahrzeugen, insbesondere Kühlmittelkühler verwendet. Letztere weisen einen gelöteten Block auf, welcher aus Flachrohren und zwischen diesen angeordneten Wellrippen besteht. Die Flachrohre werden somit vom Kühlmittel eines Kühlkreislaufes einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges durchströmt, während die Wellrippen von Umgebungsluft überströmt werden. Das Fügen von Flachrohren und Wellrippen zu einem Block erfolgt durch einen so genannten Kassettierprozess, bei welchem die Flachrohre durch eine geeignete Spannvorrichtung zusammen mit den Wellrippen auf Blockmaß zusammengedrückt werden. Dabei erfolgt auch ein Planieren der vorher noch ballig ausgebildeten flachen Seiten der Flachrohre, so dass Falze, Stege oder Sicken in Kontakt mit der gegenüber liegenden Seite kommen und somit verlöten können.
- Bevorzugte Abmessungen der erfindungsgemäßen Flachrohre für einen Kühlmittelkühler sind Rohrtiefen zwischen 20 und 50 mm, vorzugsweise 40 mm, Rohrbreiten zwischen 1,5 und 2 mm und Wanddicken zwischen 0,15 und 0,35 mm, vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,25 mm.
Claims (17)
- Verfahren zur Herstellung eines Flachrohres aus einem Blechband, mit nach innen gerichteten Einprägungen (36, 47), so genannte Turbulatoren, und mindestens zwei Kammern (3, 4), welche jeweils durch eine aus dem Blechband geformte Trennwand (37/38, 45) abgeteilt sind, wobeia) zunächst ein flaches Blechband bereitgestellt und einer Rohrformmaschine zugeführt wird,b) die Trennwand als Steg, Falz oder Sicke ein- oder mehrstufig aus dem Blechband geformt wird,c) die Einprägungen ein- oder mehrstufig aus dem Blechband geformt werden,d) an den Längsrändern des Blechbandes Kopfradien geformt werden unde) ein Querschnitt des Flachrohres unter Ausbildung einer gerundeten Schmalseite geschlossen wird, wobei Schritt d) nach Schritt c) durchgeführt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt b) vor Schritt c) durchgeführt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt b) nach Schritt c) durchgeführt wird.
- Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt b) vor Schritt d) durchgeführt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Trennwand ein oder mehrere Stege gebildet werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Trennwand ein oder mehrere Falze gebildet werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Trennwand eine oder mehrere Sicken gebildet werden.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einprägungen beiderseits der Trennwand aus dem Blechband geformt werden.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Flachrohrquerschnitt eine gerundete Schmalseite gebildet wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfradien (48, 49; 39, 40) zu einem Stumpfstoß zusammengeführt werden und dass das Flachrohr (51, 42) im Bereich des Stumpfstoßes durch eine Längsschweißnaht (52, 43) geschlossen wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfradien (28, 29) zu einem Überlappungsfalz (28/29) zusammengeführt werden und dass das Flachrohr (33) im Bereich des Überlappungsfalzes (28/29) und der Trennwand (27) verlötet wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einprägungen durch Walzen des Flachbandes (53) hergestellt werden.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einprägungen zunächst vorgezogen und anschließend gegengeprägt werden.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einprägungen auf beiden flachen Seiten (1a, 1 b) des Flachrohres gebildet werden, wobei zwischen ihnen eine lichte Kanalhöhe h für jeden Strömungskanal belassen wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einprägungen länglich (57, 58) oder eckig (60) oder rund (62) ausgebildet werden.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einprägungen über den gesamten flachen Bereich jeder Kammer (3, 4) verteilt gebildet werden.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einprägungen als so genannte Winglets (57, 58) ausgebildet und angeordnet werden.
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