EP2242979A1 - Strangpressrohr für einen wärmetauscher - Google Patents

Strangpressrohr für einen wärmetauscher

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EP2242979A1
EP2242979A1 EP08869782A EP08869782A EP2242979A1 EP 2242979 A1 EP2242979 A1 EP 2242979A1 EP 08869782 A EP08869782 A EP 08869782A EP 08869782 A EP08869782 A EP 08869782A EP 2242979 A1 EP2242979 A1 EP 2242979A1
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EP
European Patent Office
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extruded tube
web
webs
extruded
tube according
Prior art date
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EP08869782A
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English (en)
French (fr)
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EP2242979B1 (de
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Jens Ruckwied
Ulrich Maucher
Peter Geskes
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Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
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Publication date
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    • F28F2255/00—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
    • F28F2255/16—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes extruded

Definitions

  • the invention relates to an extruded tube for a heat exchanger according to the preamble of claim 1 and a heat exchanger with an extruded tube according to the invention and a method for producing an extruded tube according to the invention.
  • US 3,596,495 A describes producible by extrusion and drawing tubes for a heat exchanger, in which according to an embodiment, a plurality of chambers are separated by inner webs.
  • the chambers are deformed by externally introduced dents both in the region of the side walls and in the region of the webs to produce turbulence of a fluid flowing through.
  • At least one of the channels of the extrusion tube in the longitudinal direction has a regular, wavy course with respect to the transverse direction.
  • turbulence and heat transfer are thereby increased and, on the other hand, bottlenecks are avoided which can cause excessive pressure drop and possibly blocking due to the addition of fluid or substances precipitated from the fluid.
  • a distance in the transverse direction between two adjacent webs substantially constant.
  • At least one of the indentations has an elongate shape, wherein a plurality of webs is covered and bulged by the same indentation.
  • the oblong embossment has an orientation angle to the transverse direction, so that bulges of sidewalls and webs resulting from the same embossment are not at the same height in the longitudinal direction of the tube.
  • Such an orientation angle is advantageously approximately between 0 ° and 45 °, preferably between approximately 20 ° and 45 °, and particularly preferably approximately between 28 ° and 42 °.
  • the oblong indentation has an alignment parallel to the webs and / or is arranged offset over the webs or only slightly offset from the webs.
  • the embossing has a length which is 1, 1 to 3.25 times, in particular 1.35 to 2.45 times, in particular 1.62 to 2.16 times the channel width.
  • At least one of the indentations is essentially only in overlap with the at least one web. Another imprint can not be in overlap with a bridge.
  • indentations for bulging the side walls and embossments for buckling the webs are spatially separated from each other separately placed, so that there is a particularly large design opportunity for the formation of the channels.
  • Such an isolated embossment of a side wall may in particular have an orientation with respect to the transverse direction.
  • An orientation angle of this indentation with respect to the transverse direction can advantageously be approximately between 0 ° and 45 °, preferably approximately between 25 ° and 45 °, and particularly preferably approximately between 30 ° and 40 °.
  • At least one of the indentations may be winglet-shaped.
  • the winglet-shaped embossment has a ratio of length to width of between 2 and 5, preferably between 2.3 and 4 and particularly preferably between 2.5 and 3.2.
  • the winglet-shaped embossing has a ratio of length to width of between 1, 2 and 5, preferably between 1, 5 and 3 and particularly preferably between 1, 8 and 2.5.
  • the orientations of at least some bulges of adjacent webs, which lie substantially at the same height in the longitudinal direction are the same.
  • a largely constant cross-section of the channel is made possible, at least with regard to the transverse direction, so that the risk of blockages due to deposits conditions, for example when used for exhaust gas cooling, is low.
  • the orientations of at least some bulges of adjacent webs, which lie substantially at the same height in the longitudinal direction are set against each other.
  • a buckling of one of the side walls and a bulging of the web are provided alternately one behind the other in the longitudinal direction of a channel in order to produce a uniform turbulence in all spatial directions.
  • a bulging of the web in a first orientation in the transverse direction, followed by a bulging of a first of the two side walls, following a bulging of the web in the respective other orientation and subsequent bulging of the respective other side wall is particularly advantageous.
  • a screwed course of the channel is generated, which advantageously acts on the fluid flow with a swirl.
  • a plurality of such sections may be provided with in particular different swirl direction.
  • a further advantageous embodiment provides to make the bulging of the webs and / or the channel walls alternately in opposite directions, so that there is an alternating acceleration and deceleration of the flow.
  • bulges of two webs delimiting the channel at the same height lie opposite each other and are directed toward one another, so that the channel width is reduced by the bulges.
  • an acceleration of the flow can be achieved at this bottleneck.
  • bulges of the two channel limiting webs lying at the same height facing away from each other bulges have, so that the channel width is increased by the bulges.
  • a slowdown of the flow can be achieved at this point.
  • an alternating widening and narrowing of the channels may also be provided.
  • the bulge of the web is formed both by an impression of the first side and an at least partially overlapping impression of the second side.
  • a particularly clear bulging of the web can be achieved with only a slight bulging of the side walls.
  • the orientation of the bulge with respect to the embossed imprints is opposite.
  • the orientation of the bulge is rectified with respect to the embossed impressions.
  • the controlled-oriented bulging of the web is effected by means of a stamping tool inclined relative to the side walls.
  • a transversely oriented force is exerted on the web, so that the direction of its bulging or buckling is predetermined.
  • the controlled-oriented bulging of the web takes place by means of an embossing tool acting off-center relative to the web.
  • the embossing tool can be only about as wide as the web in the transverse direction and the deviation of the embossing center of the web center be relatively low, so that a controlled directed buckling of the web and on the other hand, the side wall adjacent to the web as little as possible in the High direction is dented.
  • an end-side region of the extrusion tube is preferably not provided with bulges.
  • One Distance of a pipe end to a first embossing is advantageously about between 2 mm and 15 mm, more preferably between about 4 mm and 8 mm.
  • a distance of a pipe end up to a first embossing is advantageously between about 4 mm and 20 mm, particularly preferably between about 6 mm and 12 mm.
  • an extruded tube has a bent region, so that the heat exchanger may be, for example, a U-flow heat exchanger or is generally adapted by the bending of the tubes to a predetermined space.
  • the heat exchanger may be, for example, a U-flow heat exchanger or is generally adapted by the bending of the tubes to a predetermined space.
  • the heat exchanger may be, for example, a U-flow heat exchanger or is generally adapted by the bending of the tubes to a predetermined space.
  • the heat exchanger may be, for example, a U-flow heat exchanger or is generally adapted by the bending of the tubes to a predetermined space.
  • the tube material consists of one of the group aluminum alloy, AIMn alloy, AlMg alloy and AIMgSi alloy.
  • Such light metal alloys are particularly readily extrudable and formable with the indentations according to the invention. It has been found that extruded tubes made of such alloys, even when used as an exhaust gas cooler, have good corrosion resistance to aggressive condensate.
  • a depth of the impressions is less than about 75%, preferably less than about 45%, and more preferably less than about 30% of an inner tube diameter in the vertical direction.
  • a distance between an embossing of the underside of the tube to a subsequent embossing of the tube top side is advantageously not more than 10 times, preferably not more than 6 times and particularly preferably not more than 3, 5 times an inner pipe diameter in the vertical direction is.
  • an optimized execution has the property that in the In the longitudinal direction, a distance between an embossment for bulging a side wall to a subsequent embossment for bulging a web is not more than 8 times, preferably not more than 6 times and particularly preferably not more than 3 times an inner tube diameter the high direction is.
  • a length of the embossing in the transverse direction is optimally approximately between 25% and 100%, preferably between 35% and 90% and particularly preferably between 45% and 80% of a width of the extruded tube in the transverse direction.
  • their length in the transverse direction is approximately between 25% and 130%, preferably between 35% and 95% and particularly preferably between 45% and 75% of a width of the channel bounded by the webs transverse direction.
  • a rib member is arranged, in particular by means of material connection. This may in particular be a surface soldering.
  • material connection This may in particular be a surface soldering.
  • a repeat unit of the indentations in the longitudinal direction and a repeat unit of ribs of the rib member are not integer multiples of each other. As a result, unfavorable regular overlaps of contact surfaces of the ribs can be avoided with embossed areas of the tube surface.
  • At least one half-section may project from one of the side walls into one of the channels.
  • one is four times the ratio of the area of the flow-through cross-section to a through the first fluid wettable perimeter of defined hydraulic diameters in a range between 1, 2 mm and 6 mm.
  • preferred ranges of the hydraulic diameter are between about 2 mm and about 5 mm, particularly preferably between 3.0 mm and 3.4 mm, particularly preferably between 3.1 mm and 3.3 mm and in particular about 3.2 mm.
  • the hydraulic diameter (dh) is advantageously between about 2.5 mm and 4 mm, particularly preferably between about 2.8 mm and 3.8 mm.
  • the hydraulic diameter (ie) is advantageously in a range between 2 mm and 3.5 mm, particularly preferably between 2.5 mm and 3.5 mm.
  • a ratio of the hydraulic diameter (dh) and a channel shell thickness (s) is advantageously in a range between 0.8 and 8, preferably in a range between 1, 2 and 6 and particularly preferably in a range between 1, 4 and 6.
  • a ratio of a web thickness (d) and a channel shell thickness (s) is preferably less than 1.0.
  • a ratio of a circumference of the extruded tube and the circumference wetted by the first fluid lies in a range between 0.1 and 0.9, in particular between 0.1 and 0.5, the latter range being particularly suitable for exhaust gas coolers.
  • a ratio of a distance (e) between two, in particular opposite and / or staggered, partial webs to a height (b) of the pipe cross-section in a range below 0.8, more preferably in a range between 0, 3 and 0.7 is.
  • a ratio of a distance (a3) a first partial web to a full web to a distance (a4) of a second partial web to the full web is in a corresponding design preferably in a range between 0.5 and 1, 0, particularly preferably in a range between 0.6 and 0.8.
  • At least one web and / or the channel jacket, preferably the channel jacket inner side has a corrosion protection, preferably in the form of a galvanizing and / or or a paint.
  • a cross section of the extruded tube may advantageously be rectangular, oval or semi-oval, for example.
  • a number of 2 to 20, preferably 5 to 15, more preferably 7 to 12, particularly preferably 8 to 11 and particularly preferably 9 webs are arranged side by side over a tube cross-section.
  • the object of the invention is also achieved according to claim 50 by a heat exchanger with an extruded tube according to the invention.
  • a first fluid is passed, which exchanges heat with a second fluid flowing around the tube outside.
  • Such heat exchangers are widely used, in particular, in motor vehicles, wherein optimization of the heat exchange performance due to the indentations according to the invention is particularly advantageous due to the high demands on weight and installation space.
  • the extruded tubes are circulated air.
  • the extrusion tubes can also be flowed around by a cooling liquid, for example in the case of an indirect exhaust gas cooler of a motor vehicle.
  • the heat exchanger according to the invention may be an exhaust gas cooler for cooling a recirculated exhaust gas flow, but also a charge air cooler of an internal combustion engine, an oil cooler or a coolant radiator. Particularly preferably, these heat exchangers are each used in a motor vehicle.
  • the object of the invention is achieved by the features of claim 57 for a manufacturing method for the extrusion tube.
  • the extruded profiles are first formed in the manner of a consistently prismatic basic body by a known extrusion process and subsequently introduced the imprints. This can take place in a step immediately following the extrusion, in particular also when the profile is still warm, or else in a completely separated step on a cooled and / or interposed profile strand.
  • the embossing is effected by means of an embossing roller. Alternatively or additionally, however, it can also be done by means of an embossing stamp.
  • a stamping subsequent step of separating the extruded tubes is provided by an endless or quasi-endless profile strand to optimize the manufacturing cost. This can be done for example by a sawing process. In a particularly advantageous detailed design, however, the separation takes place by a tearing process, in particular after a previous scoring. As a result, the occurrence of chips in the course of the separation can be largely avoided.
  • the orientations of at least some bulges of adjacent webs which lie in the longitudinal direction substantially at the same height are opposite, wherein in the longitudinal direction of a channel a bulge of one of the side walls and a bulge of the web are alternately provided one behind the other, preferably in the longitudinal direction of a channel first a bulge of the web in a first orientation in the transverse direction, followed by a bulge of a first of the two side walls, Subsequently, a bulge of the web in the respective other orientation and then a bulge of the other side wall, preferably in the longitudinal direction of a channel bulges of the channel delimiting two webs lying at the same height lying, oppositely directed bulges, so that the channel width reduced by the bulges is, preferably in the longitudinal direction of a channel bulges of the channel delimiting webs at the same height lying, away from each other directed bulges have, so that the channel width is increased by the bulges, wherein preferably the Forming of the web
  • the controlled-oriented bulging of the web is effected by means of a stamping tool inclined relative to the side walls, wherein preferably the controlled-oriented bulging of the web takes place by means of a stamping tool acting off-center relative to the web, wherein preferably one end-side region of the extruded tube does not coincide Buckling is provided, wherein preferably a distance of a pipe end to a first embossing is approximately between 2 mm and 15 mm, in particular approximately between 4 mm and 8 mm.
  • the extruded tube has a bent region, wherein preferably in the bent region an at least reduced depth of the bulges is present, preferably in the bent portion at least partially no bulges are arranged, wherein preferably the tube material from one of the group aluminum alloy, AIMn Alloy, AlMg alloy and AlMgSi alloy
  • a depth of the impressions is less than about 75%, in particular less than about 45%, in particular less than about 30% of an inner tube diameter in the vertical direction, preferably in the longitudinal direction
  • a distance between an impression of a side wall to a subsequent impression of the other side wall is not more than 10 times, in particular not more than 6 times, in particular not more than 3.5 times an inner tube diameter in the vertical direction, wherein preferably in the longitudinal direction, a distance between an impression for buckling a side wall to a subsequent embossment for buckling a web is not more than 8 times, in particular not more than 6 times, in particular not more than 3 times
  • a rib element is arranged on at least one of the side walls from the outside, in particular by means of material connection, wherein a repeat unit of the embossments in the longitudinal direction and a repeat unit of ribs of the rib element are not integer multiples of each other, wherein preferably at least one half-way protrudes from one of the side walls in one of the channels.
  • a hydraulic diameter defined as four times the ratio of the area of the flow-through cross-section to a circumference wetted by the first fluid is in the range between 1.2 mm and 6 mm, the hydraulic diameter preferably being between approximately 2 mm and about 5 mm, in particular between 3.0 mm and 3.4 mm, in particular between 3.1 mm and 3.3 mm, in particular about 3.2 mm, wherein preferably the hydraulic diameter is between about 2.5 mm and 4 mm, in particular between about 2.8 mm and 3.8 mm, in particular for a high-pressure heat exchanger, wherein preferably the hydraulic diameter is in a range between 2 mm and 3.5 mm, in particular between 2.5 mm and 3.5 mm, in particular for a low pressure heat exchanger, wherein preferably a ratio of the hydraulic diameter and a channel sheath thickness in a Range between 0.8 and 9, in particular in a range between 1, 2 and 6, in particular in a range between 1, 4 and 6, wherein preferably a ratio of a web
  • the extruded tubes of the heat exchanger are circulated air, wherein preferably the extruded tubes are flowed around by a cooling liquid, wherein preferably the heat exchanger Exhaust gas cooler for cooling a recirculated exhaust gas flow, a charge air cooler, an oil cooler or a coolant radiator is.
  • the embossing is carried out by means of an embossing roll, the embossing preferably being effected by means of an embossing stamp, the embossing preferably being followed by a step of severing the extruded tubes from an endless or quasi-free profile strand, the cutting preferably being effected by a sawing process or by a tear-off, in particular after a previous scoring takes place.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an extrusion tube for defining the individual spatial axes.
  • Fig. 2 shows a first embodiment of an extrusion tube according to the invention with a total of nine modifications 2.1 to 2.9.
  • FIG. 3 shows a representation of embossing processes for producing an extruded tube according to FIG. 2.
  • Fig. 4 shows a perspective view of an extruded tube according to the first embodiment.
  • FIG. 5 shows a section of the extruded tube according to FIG. 4.
  • Fig. 6 shows a second embodiment of an extrusion tube according to the invention with ten modifications 6.1 to 6.10.
  • Fig. 6a shows further modifications 6.11 to 6.15 of the second embodiment.
  • FIG. 7 shows three-dimensional views of two embossing rollers for producing an extrusion tube according to the invention.
  • FIG. Fig. 8 shows a measurement and calculation based on a preferred choice of a hydraulic diameter with respect to the ratio of the wettable by the first fluid circumference and an outer circumference of the extruded tube.
  • FIGS. 9A and 9B show two modifications of a preferred embodiment of a cross section of an extruded tube with an extruded channel jacket and webs extruded with the channel jacket.
  • FIGS. 10A and 10B show two modifications of a further embodiment as in FIGS. 9A and 9B with partial webs.
  • FIGS. 11A and 11B show two modifications of a further embodiment as in FIGS. 9A and 9B with partial webs.
  • Fig. 12 shows a further embodiment of a cross section of an extruded tube with partial webs.
  • FIG. 13 shows a further embodiment of a cross section of an extruded tube with partial webs.
  • the invention relates to extruded tubes which extend at least in sections in a longitudinal direction designated z.
  • the extruded tubes have an elongated extension transversely to the longitudinal direction, wherein they are in particular formed as flat tubes.
  • a transverse direction in the sense of claim 1 is designated as y-direction in FIG. 1, wherein the (long) side walls 1, 2 of the extruded tube extend essentially in this direction.
  • a vertical direction is designated x in FIG. 1 and extends perpendicular to the longitudinal direction and to the transverse direction.
  • the side walls 1, 2 do not necessarily have to extend straight in cross-section but can also run in a curved manner and in this sense are oriented only "substantially" in the transverse direction or "at least approximately parallel".
  • the side walls 1, 2 are connected to each other via shorter, curved, substantially in the vertical direction extending narrow sides 3, 4 to form a closed flat tube.
  • the side walls are connected via at least one, in the embodiments shown, in each case a plurality of continuous webs 5, 79, 89 with the separation of mutually separate channels 6.
  • a plurality of continuous webs 5, 79, 89 with the separation of mutually separate channels 6.
  • optional part webs 5 ', 79' may also be provided (see, for example, FIG. 4 or also FIGS. 10A to 11B), 89 'are provided, which protrude in the manner of fins to increase the contact area between the channel wall and fluid in the channels 6.
  • indentations 7 are formed by the longitudinal direction with respect to local bulges, which protrude into the channels 6 and influence the fluid flow.
  • These may be bulges of the side walls 1, 2, which protrude correspondingly in the vertical direction or else bulges or buckles of the continuous webs 5, 79, 89, which protrude correspondingly in the transverse direction.
  • Such bulges of the webs are achieved in that an impression is made at least partially covering the neck region of the web on the side wall.
  • an embossing punch 8 (see FIG. 3) or also an embossing roll 9 '(see FIG. 7) can have an inclined embossing edge 8a, 10'.
  • Fig. 3 a simple embossing of an extruded tube by means of a much of the extruding tube in the transverse direction covering, smooth and not inclined embossing edge is shown by A, by means of which the webs 5 uncontrollably bulged to the left or to the right.
  • the embossing edge is provided with an angle alpha of a few degrees, typically not more than ten degrees, relative to the side surface 1.
  • a check of the buckling direction can also be achieved for punctiform impressions.
  • a toothed embossing edge 8b is shown in the example C of FIG. 3, which only with small local projections or punctiform attacks on the extrusion tube.
  • the points of attack are essentially located over the webs 5, but slightly eccentric to it.
  • This also buckling of the webs 5 is achieved in a predetermined orientation with respect to the transverse direction.
  • the direction of the bulging of the webs 5 would also be in the example C to the right, since the embossing points each attack slightly to the left of the center of the webs 5.
  • embossing stamps 8 alternative or complementary possibility of a substantially point-like embossment with local projections is given by the embossing roller 9 shown in Fig. 7 with point-like local projections 10.
  • the embossing roll 9 ' which is likewise shown in FIG. 7, has elongated projections 10' which extend over at least an entire channel width or over the substantially entire width of the extruded profile.
  • a roller 9 ' for example, embodiments such as those shown in Fig. 4 can be made, with the local projections of the embossing roller 9, embodiments as in Fig. 6 and Fig. 6a can be prepared.
  • the two types of projections 10, 10 ' can also be provided together on the same embossing roller.
  • first exemplary embodiment according to FIG. 2 and a second exemplary embodiment according to FIG. 6, each with a plurality of modifications, are essentially shown.
  • impressions of the first type with smooth, inclined embossing edges which at the same time overlap more than one web 5 of the extruded tube and thus at the same time bulge the side walls between the webs inwards.
  • the embossing edges or indentations are arranged at an orientation angle relative to the transverse direction.
  • the impressions are expediently made in both side surfaces 1, 2. These opposing embossments may overlap (e.g., Fig. 2, Ex. 2.2, 2.4) or may be alternately staggered (e.g., 2.1, 2.3).
  • the orientation angles of the impressions can vary and, in particular, alternate as in Examples 2.5, 2.8 and 2.9. It can be provided over the width of the extruded tube also several transversely shorter embossments with varying orientation angles, see for example Examples 3.6 to 3.9.
  • the bulging directions of the webs are made by impressions from above opposite those in the longitudinal direction alternately from below impressions to achieve the highest possible turbulence generation at moderate pressure loss increase.
  • the second embodiment of FIG. 6 are largely local impressions of the second type.
  • embossing is not carried out over the entire width of the tube, but only locally limited.
  • This has the advantage that the buckling of the pipe webs and the constriction of the channel height in the vertical direction can take place separately one after the other.
  • This results in an additional design flexibility, which is very helpful especially with regard to the generation of a swirling flow in the channels. In this way even more complex 3-dimensional vortex and flow conditions can be generated than in the first case.
  • the indentations in the longitudinal direction are alternately mounted in the form that in the flow longitudinal direction after an expression of the pipe webs an expression of the pipe wall takes place and then again an expression of the pipe webs etc.
  • the manifestations may additionally be applied alternately on both side walls 1, 2 and in particular in the form that in the longitudinal direction after the buckling of a web 5 in the one direction by an indentation 7 on the upper side wall 1 an impression of the lower side wall 2, in the longitudinal direction following the buckling of a web 5 in the other orientation direction an impression 7 on the lower side wall 2 and in the longitudinal direction subsequently an impression 7 of the upper side wall 1.
  • cyclically repeats the expression of the webs by buckling of a web 5 in the first direction by an impression on the upper side wall 1 etc .. every several e other combinations and sequences of impressions in the flow direction is also conceivable, see exemplary representations 6.1 to 6.17 in Fig. 6 and 6a.
  • indentations of the side walls acting on the webs are in each case at least partially overlapping, so that the web is bulged at the same location starting from both side walls.
  • the direction of the bulge with respect to the overlapping indentations can be rectified (see about 6.11 and 6.13) or also directed in opposite directions (see 6.12).
  • FIG. 6 shows advantageous embossings by way of example on a tube with three intermediate webs 5.
  • the embossing of the upper side wall 1 is shown by a solid line and the embossing by the lower side wall 2 is shown by a dashed line.
  • An arrow shows the direction of the ridge buckling.
  • the indentations in the x-, y-, and z-directions can be round, oval, oval oblong rectangular or even in another form.
  • the impressions are made alternately as described above.
  • the deformation of the sewer pipe wall at one point can be carried out by one or even two characteristics per channel (see, for example, Examples 6.4, 6.5, 6.9 and 6.10). However, in special cases, especially with very wide channels, this can also be done by more than two impressions in one place.
  • indentations of the side walls 1, 2 are shown between the webs 5, which are aligned at a defined orientation angle to the transverse direction.
  • the orientation angle of the indentation with respect to one of the axes z and y in the present case is approximately between 30 ° and 40 °. Further arbitrary combinations between the direction of deflection and the order of impressions are also conceivable beyond the illustrated variants.
  • Examples 6.4, 6.5, 6.9 and 6.10 show variants with winglet-like, ie oblong and preferably angled embossings between the webs 5.
  • any combinations of the winglets with respect to one another are in relation to position as well as orientation to each other also to the direction of the webs conceivable.
  • an orientation angle of the embossment with respect to one of the axes z and y is particularly preferably between about 28 ° and 42 °.
  • the shape of the winglets is chosen so that the ratio of their length to their width is a multiple, in particular about 1, 8-fold to 2.5-fold or about 2.5 times to 3.2 times.
  • impressions between the webs 5 in winglet shape have the advantage over simple molded embossings that even higher heat transfer performance can be achieved with this type of flow guidance, since the flow undergoes an even more directed deflection with a significantly higher turbulence.
  • the bulges of the webs 5 are designed so that they always bulge in the transverse direction in the same orientation, so that the free channel spacing between adjacent webs 5 does not or only slightly changes. In the longitudinal direction, the webs thus have a parallel waveform with respect to each other with respect to the transverse direction.
  • the required distance of the profile end from the first embossing depends, in particular, on the depth of the impressions.
  • the distance is to be selected so that in the area of the joint no or only a very small deformation of the original pipe geometry occurs. In typical cases of heat exchangers dimensioned for use in motor vehicles, this means a distance between 2-15mm, especially 4-8mm. In special cases, however, this measure can also go beyond these distances.
  • indentations are dispensed with in the region of the bend in order to prevent excessive deformation and possibly even closure of individual channels.
  • the embossing depth can only be reduced or, for example, only one embossing of the webs or only a constriction of the channel walls can be provided. In the production process, first the embossing of the tubes and then the bending into the desired shape takes place.
  • the extrusion tube is embossed by means of at least one tool roll.
  • a roller 9 is exemplified.
  • at least two counter-rotating tool rolls are used, by which both the upper side wall 1 and the lower side wall 2 are embossed in one operation.
  • the extruded tube is stamped on a stamp set or various single dies.
  • the embossment can be produced both in one stage and in several stages via a plurality of embossing rollers or sets of punches provided one after the other in the direction of production.
  • the extrusion tube is held by means of at least one holding function before and / or after the embossing stage in position.
  • a lateral roller guide ensures that the extrusion tube does not shift in the transverse direction during the stamping process. If the deflection of the extruded tube can only be partially prevented by means of this holding function, this can be corrected by means of a subsequent working step by stretching or recalibrating the extruded tube via a further set of rollers or a press.
  • embossing by means of rolling has the advantage that the process can be carried out with continuous feed of the extruded tube, while for the production by means of stamp sets usually a clocking of the feed is necessary.
  • the distance of the impressions is so large that a separation of the extruded tubes is possible.
  • the imprints are exposed at the separation point.
  • the latter can be provided for embossing by means of rolling, for example, by a corresponding geometry of the embossing die. In this case, the roll circumference always corresponds to an integer multiple of the later profile length.
  • Another way to provide a sufficiently wide sawing or joining area is to perform the delivery of the rollers variable, so that depending on the delivery of the rolls either imprints are formed or not.
  • a further advantage of production by means of rollers is that different profile variants can be produced by exchanging the rollers in a very simple way with the same production line.
  • embossing rolls In addition to an exchange of the embossing rolls, it is alternatively also possible to work with only one embossing roll into which the embossing embossments are introduced in such a way that they are interchangeable. In this case, work is done with a base roll in which variable embossing sets can be used. Alternatively, it is also conceivable to draw on a base roll without or with a few forms an additional envelope, which occupies the desired embossing arrangement. In both cases, working with only one roller body.
  • the stamps in the sawing and joining area may need to be wholly or partially exposed to obtain a large sawing area, so that no or only very weak embossments are produced.
  • the extrusion tubes are either
  • the separation preferably takes place by means of a saw running along with the embossing process, but can also take place in a separate sawing process following the embossing process.
  • the separation of the extruded tubes can also be done by scoring and then tearing off the tubes. This has the advantage that no chips arise and no additional sheschmmierstoff is needed. As a result, depending on the application, it may be possible to completely or partially dispense with a subsequent cleaning step.
  • the stamped extruded tubes can be produced with any extrudable material.
  • heat exchangers such as exhaust gas coolers, oil coolers, coolant coolers and charge air coolers, are all extrudable aluminum alloys, in particular Al alloys, in particular AIMn alloys, AlMg alloys and AlMgSi alloys.
  • the extrusion tube is in a corrosion-critical application, for example as a gas-carrying extruder tube of an exhaust gas cooler or a low pressure intercooler, corrosion tests have shown that that a particularly high corrosion resistance can be achieved by reducing impurities in the extruded material in the following proportions by mass:
  • Silicon Si ⁇ 1%, in particular Si ⁇ 0.6%, in particular Si ⁇ 0.15%
  • Iron Fe ⁇ 1.2% in particular Fe ⁇ 0.7%, in particular Fe ⁇ 0.35%
  • copper Cu ⁇ 0.5% in particular Cu ⁇ 0.2%, in particular Cu ⁇ 0.1% chromium Cr ⁇ 0.5%, in particular 0.05% ⁇ Cr ⁇ 0.25% , in particular
  • Titanium Ti ⁇ 0.5%, in particular 0.05% ⁇ Ti ⁇ 0.25%
  • a particularly high corrosion resistance of these extruded tubes can generally be achieved if the particle sizes measured in the extrusion direction are ⁇ 250 ⁇ m, in particular ⁇ 100 ⁇ m, in particular ⁇ 50 ⁇ m.
  • the depth of the impression depends very much on the application. However, it has been shown that, particularly from the viewpoint of material thinning and the pressure loss generated by the indentation, an indentation depth of less than 75% of the clear tube height b, in particular less than 45%, in particular less than 30%, has proven to be advantageous.
  • the length of the embossing should in the case of the embodiment of FIG. 2 between 100% and 25% of the tube width, in particular between 90% and 35%, in particular in the range between 80% and 45% of the tube width.
  • the length of the indentation should in the case of the embodiment of Fig. 6 between 130% and 25% of the channel width, in particular between 90% and 35%, in particular in the range of 75% and 45% of the channel width.
  • the length of the embossment is in an embodiment not shown between 325% and 25% of the channel width, in particular between 250% and 35%, in particular in the range of 215% and 45% of the channel width.
  • intercooler For soldering on an external rib, eg for coolant radiator, intercooler: If an additional outer rib is applied to the embossed extruded tube, for instance in a crossflow cooler, care must be taken to ensure that the indentations in the transverse direction are not aligned, but slightly offset in order to ensure the best possible soldering of the outer rib.
  • the arrangements of impressions shown in FIGS. 2.3-2.9 and FIGS. 6.6-6. 10 are particularly suitable.
  • a hydraulic diameter has been found in a range between 2 mm and 5 mm.
  • a hydraulic diameter in the range between 3 mm and 3.4 mm, in particular between 3.1 mm and 3.3 mm proves to be particularly preferred.
  • a hydraulic diameter of about 3.2 mm is particularly useful.
  • An extrusion tube according to the concept of the invention can be used advantageously both in the context of high-pressure exhaust gas recirculation and in the context of low-pressure exhaust gas recirculation. Furthermore, an application for a charge air cooling or coolant cooling is possible. In all, in particular those mentioned or similar, applications, an increase in the number of webs to improve the heat transfer according to the concept of the invention is avoided by the hydraulic diameter is selected in a range between 1, 2 mm and 6 mm. However, tests have shown that a choice of a range for the hydraulic diameter optimized with regard to a low-pressure exhaust gas recirculation, high-pressure exhaust gas recirculation or intercooling can be designed differently.
  • a ratio of the hydraulic diameter and a channel shell thickness in a range between 0.8 and 9 has proven to be particularly advantageous.
  • This region has proved to be particularly expedient, in particular in the case of an extruded tube based on an aluminum material, in particular in the case of an extruded tube in which at least the channel jacket is based on an aluminum material.
  • a range between 1, 2 and 6.0 in particular a range between 1, 4 and 6 with regard to the design of the channel casing thickness (space requirement, corrosion resistance) and the hydraulic diameter (heat transfer, pressure loss).
  • an extruded tube proves to be arranged in the pipe cross section, a web as a whole web at one end and the other end on the channel jacket inside.
  • a pipe cross-section may only have full webs.
  • a whole web is continuous, without openings, executed between a first channel jacket inner side and a second channel jacket inner side.
  • an extrusion tube having a hydraulic diameter according to the concept of the invention can thereby be realized.
  • an extruded tube has proved to be advantageous in which a web is arranged as a partial web in the tube cross-section only one end of the channel inside and the other freely protrudes into the interior.
  • a hydraulic diameter according to the concept of the invention can be realized in a particularly advantageous manner on the basis of an extruded flow channel.
  • two partial webs can be arranged with end faces lying opposite one another.
  • two partial webs may be arranged with mutually laterally offset end faces.
  • a partial web and a whole web are alternately arranged next to one another.
  • a ratio of a distance between two partial projections, in particular two opposite partial segments and / or two mutually offset partial segments lies at a height of the tube cross-section in a range below 0.8, preferably in a range from 0 , 3 and 0.7.
  • a ratio of a distance of a first partial web to a full web to a distance of a second partial web to the full web in a range between 0.5 and 1, 0, preferably in a range between 0.6 and 0.8.
  • FIG. 8 illustrates the ratio of the circumference wetted by a fluid, such as exhaust gas, and an outer circumference of the extruding tube as a function of hydraulic diameter.
  • a preferred ratio results from the hatched areas of a preferred hydraulic diameter of 2 mm to 5 mm previously discussed , in particular 2.8 mm to 3.8 mm. From Fig. 8 it can be seen that said ratio should be in the range between 0.1 and 0.5 in order to achieve improved degrees of exchange and pressure loss.
  • FIG. 8 is given by way of example for a profile of an extruded tube which is specified in greater detail in FIG. 10B.
  • the ratio k should, as shown in FIG. 8 by arrows, be in a range below 0.8, preferably in a range between 0.3 and 0.7.
  • the ratio k of a distance e between two opposing partial webs to a height b of the pipe cross-section increases from 0.25 to 0.75 in the direction of the arrow.
  • This analysis applies both to an exhaust gas cooler as part of a high-pressure design in an exhaust gas recirculation system and to an exhaust gas cooler as part of a low-pressure configuration in an exhaust gas recirculation system.
  • FIGS. 9A to 11B are exemplary structural details of a cross section of different preferred extruded tubes.
  • FIGS. 9A and 9B show two modifications of an extrusion tube 61, 61 ', the modifications differing in that the shell thickness s in the extrusion tube 61' shown in FIG. 9B is thicker than a bridge thickness d, while that in FIG Fig. 9A shown extrusion tube 61 are substantially equal.
  • the same reference numerals are used for the same features.
  • the flow channel 61, 61 ' is formed as an overall extruded profile, ie as an extruded channel casing together with the extruded webs.
  • the flow channel 61, 61 ' accordingly has a channel jacket 63 with an interior 67 surrounded by a channel jacket inner side 65, which in the present case is designed to heat-exchange the first fluid in the form of an exhaust gas.
  • the flow channel 61, 61 'in the present case has a number of five webs 69 arranged in the inner space 67 on the channel casing inner side 65, which webs are formed together with the channel casing 63, 63' as an integral extruded profile.
  • a web 69 extends completely parallel to a flow channel axis perpendicular to the plane of the drawing, along the flow path formed in the housing of a heat exchanger, uninterruptedly.
  • the design is based on the hydraulic diameter ie, which is given for the present extrusion tube 61, 61 'with reference to the distances a, b right below in Fig. 9B.
  • the hydraulic diameter is given as four times the ratio of the area of the flow-through cross-section to a wettable by the exhaust gas perimeter.
  • the area of the flow-through cross section is presently a multiple of the product of a and b.
  • the wettable circumference here is also the multiple of twice the sum of a and b.
  • a indicates the width of the free cross section of a flow line 74 subdivided by the webs 69 in the flow channel, and b indicates the free height of the streamline 74 in the present case.
  • a height b of a flow thread 74 or a height of the inner space 67 in the present case is in the range between 2.5 mm and 10 mm, preferably in the range between 4.5 mm and 7.5 mm.
  • a width a of a channel 74 in the transverse direction is in the range between 3 mm and 10 mm, preferably in the range between 4 mm and 6 mm.
  • FIGS. 10A.2 and 10B.2 show two further modifications of a particularly preferred embodiment of an extrusion tube 71, 71 ', which differ - as explained above - only in the wall thickness of the channel jacket 73, 73' relative to the wall thickness of a web 79 ,
  • the flow channel 71, 71 ' also has the webs 79 in the form of full webs and, in addition thereto, partial webs 79' arranged alternately with the full webs 79.
  • the extrusion tube 71, 71 ' is in turn formed entirely as an extruded profile, wherein a channel 74 is again formed by the distance between two full webs 79.
  • the hydraulic diameter of the flow-through cross section in the extrusion tubes 71 shown in FIGS. 10A and 10B, 71 ' is indicated below Fig. 1OB.
  • a ratio of a distance a3 of a first partial web 89 'to a full web 89 to a distance a4 of a second partial web 89' to the whole web 89 is in a range between 0.5 mm and 1.0 mm, preferably in a range between 0.6 mm and 0.8 mm.
  • the distance e between two opposite partial webs 79 'and / or between two mutually offset partial webs 89' to a height b of the tube cross section in a range below 0.8 mm, in particular in a range between 0.3 mm and 0 , 7 mm.
  • FIGS. 9A to 11B Each of the preferred extruded tubes shown in FIGS. 9A to 11B is provided according to the invention with embossments and bulges according to the illustrated exemplary embodiments, in order to optimize the turbulence and the heat transfer as well as the pressure drop in the specific application.
  • an embodiment with exclusive buckling of the solid and semi-webs is also advantageous. Due to the large number of webs and / or the length of the half-webs, an embossing of the pipe wall can lead to a blockage of the flow channel due to contacting or almost touching half-webs. Therefore, depending on the distance e, in particular for the profiles illustrated in FIGS. 10A, 10B and 11A, 11B, it is often more favorable to have only the webs and / or half webs buckled by specific impressions in the vicinity of the web extensions and Pipe walls only as little as possible. This is especially true for e ⁇ 1 / 3b.
  • FIGS. 12 and 13 each show further embodiments 91, 101 of cross sections of not yet bagged extruded tubes.
  • partial webs 92, 102 which extend transversely into the channels 6, starting from the webs 5.
  • the partial webs are each arranged at the same height and in the example of FIG. 13 at different heights.
  • the illustrations according to FIGS. 12 and 13 are true to scale, so that certain dimensional ratios of the drawn dimensions can be taken from them.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Strangpressrohr für einen Wärmetauscher, umfassend zwei zumindest annähernd parallele äußere Seitenwände (1, 2), die sich in einer Längsrichtung (z) und einer Querrichtung (y) des Strangpressrohrs erstrecken und mittels zweier äußerer Schmalseiten (3, 4) in einer Hochrichtung (x) des Strangpressrohrs verbunden sind, wobei sich zumindest ein durchgehender Steg (5) zwischen den Seitenwänden (1, 2) in der Längsrichtung (z) und in der Hochrichtung (x) erstreckt und zumindest zwei Kanäle (6) des Strangpressrohrs separiert, und wobei zumindest eine der äußeren Seitenwände (1, 2) Einprägungen (7) aufweist, mittels derer sowohl in die Kanäle (6) hineinragende Ausbeulungen (7) der Seitenwände (1, 2) als auch sich im Wesentlichen in Querrichtung (y) erstreckende Ausbeulungen (7) des Stegs (5) ausgeformt sind, wobei die Ausbeulungen (7) des zumindest einen Stegs (5) eine kontrollierte Orientierung bezüglich der Querrichtung (y) aufweisen.

Description

Strangpressrohr für einen Wärmetauscher
Die Erfindung betrifft ein Strangpressrohr für einen Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Wärmetauscher mit einem erfindungsgemäßen Strangpressrohr sowie ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Strang pressrohrs.
US 3,596,495 A beschreibt durch Extrusion und Ziehen herstellbare Rohre für einen Wärmetauscher, bei denen gemäß einem Ausführungsbeispiel mehrere Kammern durch innere Stege abgetrennt sind. Zudem sind die Kammern durch von außen eingebrachte Eindellungen sowohl der im Bereich der Seitenwände als auch im Bereich der Stege deformiert, um Turbulenzen eines durchströmenden Fluids zu erzeugen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Strangpressrohr für einen Wärmetau- scher anzugeben, bei dem ein besonders hoher Wärmeübergang bei im Verhältnis geringem Druckabfall über die Strangpressrohre erreicht ist.
Diese Aufgabe wird für ein eingangs genanntes Strangpressrohr erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Durch die kontrollierte Orientierung der Ausbeulungen des Stegs kann eine gezielte genaue Formgebung des Kanals nicht nur in der Hochrichtung, sondern auch in der Querrichtung erreicht werden. Dagegen war gemäß dem eingangs genannten Stand der Technik in der Querrichtung lediglich eine unkontrollierte Verengung der Kanäle durch hinsichtlich der Orientierung zu- fällige Ausbeulung des Stegs möglich.
BESTATIGUNGSKOPIE In einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass zumindest einer der Kanäle des Strangpressrohrs in der Längsrichtung einen regelmäßigen, wellenförmigen Verlauf bezüglich der Querrichtung aufweist. Hier- durch werden zum einen die Turbulenzen und der Wärmeübergang erhöht und zum anderen werden Engstellen vermieden, die einen zu großen Druckabfall und eventuell eine Verblockung durch Anlagerung von Fluid oder aus dem Fluid ausgefällten Substanzen bewirken können. Besonders bevorzugt ist dabei ein Abstand in Querrichtung zwischen zwei benachbarten Stegen im Wesentlichen konstant.
Bei einer vorteilhaften Detailgestaltung hat im Interesse einer einfachen und zuverlässigen Fertigung zumindest eine der Einprägungen eine längliche Form, wobei eine Mehrzahl von Stegen durch die gleiche Einprägung über- deckt und ausgebeult ist. Besonders bevorzugt hat die längliche Einprägung einen Ausrichtungswinkel zu der Querrichtung, so dass durch die gleiche Einprägung entstandene Ausbeulungen von Seitenwänden und Stegen sich nicht auf der gleichen Höhe in der Längsrichtung des Rohrs befinden. Ein solcher Ausrichtungswinkel beträgt vorteilhaft etwa zwischen 0° und 45°, be- vorzugt etwa zwischen 20° und 45°, und besonders bevorzugt etwa zwischen 28° und 42°.
Bei einer vorteilhaften Variante hat die längliche Einprägung eine Ausrichtung parallel zu den Stegen und/oder ist über den Stegen oder nur geringfü- gig zu den Stegen versetzt angeordnet. Besonders vorteilhaft hat die Einprägung eine Länge, welche das 1 ,1- bis 3,25-fache, insbesondere das 1 ,35- bis 2,45-fache, insbesondere das 1 ,62- bis 2,16-fache der Kanalbreite beträgt. Hierdurch ist unter Umständen eine abschnittsweise gleichmäßig wirkende Kraft und somit ein ausgeprägtes Ausbeulen des Steges gewährleis- tet, da gegebenenfalls ein wegen einer nur punktförmig oder in der Länge begrenzt ausgeführten Ausprägung aufgrund der Flächenpressung nur lokales Fließen des Werkstoffes unter der Prägefläche und damit einer unerwünschte Wanddickenreduzierung vermindert oder vermieden wird. Alternativ oder ergänzend kann es vorgesehen sein, dass zumindest eine der Einprägungen im Wesentlichen nur mit dem zumindest einen Steg in Überdeckung ist. Eine andere Einprägung kann dabei nicht in Überdeckung mit einem Steg sein. Auf diese Weise sind Einprägungen zur Ausbeulung der Seitenwände und Einprägungen zur Ausbeulung der Stege räumlich voneinander getrennt beliebig platzierbar, so dass eine besonders große Gestaltungsmöglichkeit für die Formung der Kanäle besteht. Eine solche isolierte Einprägung einer Seitenwand kann insbesondere eine Ausrichtung gegenüber der Querrichtung aufweisen. Ein Ausrichtungswinkel dieser Einprä- gung gegenüber der Querrichtung kann vorteilhaft etwa zwischen 0° und 45°, bevorzugt etwa zwischen 25° und 45°, und besonders bevorzugt etwa zwischen 30° und 40° betragen.
Zur besonders effektiven Erzeugung von Turbulenzen kann zumindest eine der Einprägungen wingletförmig ausgebildet sein. In optimierter Form hat die wingletförmige Einprägung dabei ein Verhältnis von Länge zu Breite von zwischen 2 und 5, bevorzugt zwischen 2,3 und 4 und besonders bevorzugt zwischen 2,5 und 3,2. Gemäß einer vorteilhaften Variante hat die wingletförmige Einprägung ein Verhältnis von Länge zu Breite von zwischen 1 ,2 und 5, be- vorzugt zwischen 1 ,5 und 3 und besonders bevorzugt zwischen 1 ,8 und 2,5.
Es hat sich gezeigt, dass zu lange Einprägungen auch zu einer flächigen Verformung der Seitenwände führen oder die kurzen Seitenwände zum Ausbeulen bringen können. Dadurch wird nachteilig das Außenmaß des Strang- pressrohres geändert und die Kühlmittelströmung verschlechtert, ebenso kann es bei Umformvorgängen des Strangpressrohres im Bereich der Einprägung zum Einknicken der Seitenwand und zu einer Verblockung oder Reduzierung des Kanalquerschnitts und damit zu einem erhöhten Druckverlust kommen.
Allgemein vorteilhaft ist es vorgesehen, dass die Orientierungen von zumindest einigen Ausbeulungen benachbarter Stege, die in Längsrichtung im Wesentlichen auf gleicher Höhe liegen, gleich sind. Hierdurch ist ein weitgehend konstanter Querschnitt des Kanals zumindest bezüglich der Querrich- tung ermöglicht, so dass die Gefahr von Verblockungen durch Ablagerun- gen, zum Beispiel bei einer Verwendung zur Abgaskühlung, gering ist. Alternativ kann es ja nach Anforderungen aber auch vorgesehen sein, dass die Orientierungen von zumindest einigen Ausbeulungen benachbarter Stege, die in Längsrichtung im Wesentlichen auf gleicher Höhe liegen, entgegenge- setzt sind. Hierdurch lassen sich kontrolliert Engstellen der Rohre gestalten, durch die eine besonders große Turbulenz erzeugt werden kann. Dies kann dann vorteilhaft sein, wenn die Gefahr von Verblockungen durch Ablagerungen gering ist, zum Beispiel im Fall von Ladeluftkühlern, Kühlmittelkühlern, Abgaskühlern für Niederdruck-AGR oder Hochdruck-AGR-Kühlern bei mode- raten Ruß- und/oder HC-Emissionen.
Bei einer vorteilhaften Detailgestaltung sind in der Längsrichtung eines Kanals eine Ausbeulung einer der Seitenwände und eine Ausbeulung des Steg abwechseln hintereinander vorgesehen, um eine gleichmäßige Turbulenz in sämtlichen Raumrichtungen zu erzeugen. Besonders vorteilhaft erfolgt in der Längsrichtung eines Kanals zunächst eine Ausbeulung des Stegs in eine erste Orientierung in Querrichtung, nachfolgend eine Ausbeulung einer ersten der beiden Seitenwände, nachfolgend eine Ausbeulung des Stegs in die jeweils andere Orientierung und nachfolgend eine Ausbeulung der jeweils anderen Seitenwand. Hierdurch ist ein geschraubter Verlauf des Kanals erzeugt, der den Fluidstrom vorteilhaft mit einem Drall beaufschlagt. Über die Länge des Strangpressrohrs können mehrere solcher Abschnitte mit insbesondere unterschiedlicher Drallrichtung vorgesehen sein.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung sieht vor, die Ausbeulung der Stege und/oder der Kanalwände abwechselnd gegenläufig zu gestalten, so dass es zu einer abwechselnden Beschleunigung und Abbremsung der Strömung kommt.
Bei einer weiteren Ausführungsform weisen in der Längsrichtung eines Kanals Ausbeulungen zweier den Kanal begrenzender Stege auf gleicher Höhe liegende, gegeneinander gerichtete Ausbeulungen auf, so dass die Kanalbreite durch die Ausbeulungen verringert ist. Hierdurch kann eine Beschleunigung der Strömung an dieser Engstelle erreicht werden. Alternativ oder ergänzend ist es vorgesehen, dass in der Längsrichtung eines Kanals Aus- beulungen zweier den Kanal begrenzender Stege auf gleicher Höhe liegende, voneinander weg gerichtete Ausbeulungen aufweisen, so dass die Kanalbreite durch die Ausbeulungen vergrößert ist. Hierdurch kann eine Verlangsamung der Strömung an dieser Stelle erreicht werden. Wie zuvor an- gemerkt kann bei einer bevorzugten Ausführungsform auch eine abwechselnde Verbreiterung und Verengung der Kanäle vorgesehen sein.
Bei einer vorteilhaften Detailgestaltung ist es vorgesehen, dass die Ausbeulung des Stegs sowohl durch eine Einprägung der ersten Seite als auch eine zumindest teilweise in Überdeckung liegende Einprägung der zweiten Seite ausgebildet ist. Hierdurch lässt sich eine besonders deutliche Ausbeulung des Stegs bei nur geringer Ausbeulung der Seitenwände erzielen. Bei einer ersten Variante ist dabei die Orientierung der Ausbeulung bezüglich der in Überdeckung liegenden Einprägungen entgegengesetzt. Bei einer alternati- ven oder ergänzenden zweiten Variante ist dabei die Orientierung der Ausbeulung bezüglich der in Überdeckung liegenden Einprägungen gleichgerichtet.
Bei einer einfachen Realisierung eines erfindungsgemäßen Strangpress- rohrs erfolgt die kontrolliert orientierte Ausbeulung des Stegs mittels eines relativ zu den Seitenwänden geneigten Prägewerkzeugs. Hierdurch wird beim Prägen eine in Querrichtung orientierte Kraft auf den Steg ausgeübt, so dass die Richtung seiner Ausbeulung oder Ausknickung vorgegeben ist. Bei einer alternativen oder ergänzenden Lösung erfolgt die kontrolliert orientierte Ausbeulung des Stegs mittels eines relativ zu dem Steg außermittig angreifenden Prägewerkzeugs. Insbesondere kann das Prägewerkzeug dabei in Querrichtung nur etwa so breit wie der Steg sein und die Abweichung des Prägezentrums von der Stegmitte relativ gering sein, so dass zum eine kontrolliert gerichtete Ausbeulung des Stegs erfolgt und zum anderen die an den Steg angrenzende Seitenwand möglichst wenig in der Hochrichtung ausgebeult wird.
Um die erfindungsgemäßen Strangpressrohre einfach und dichtend in einem
Boden eines Wärmetauschers festlegen zu können ist ein endseitiger Be- reich des Strangpressrohr bevorzugt nicht mit Ausbeulungen versehen. Ein Abstand eines Rohrendes bis zu einer ersten Prägung beträgt dabei vorteilhaft etwa zwischen 2 mm und 15 mm, besonders bevorzugt etwa zwischen 4 mm und 8 mm. Bei einem alternativen Ausgestaltungsbeispiel beträgt ein Abstand eines Rohrendes bis zu einer ersten Prägung vorteilhaft etwa zwi- sehen 4 mm und 20 mm, besonders bevorzugt etwa zwischen 6 mm und 12 mm.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung hat ein Strangpressrohr einen gebogenen Bereich, so dass der Wärmetauscher zum Beispiel ein U-flow-Wärmetauscher sein kann oder allgemein durch die Biegung der Rohre an einen vorgegebenen Bauraum angepasst ist. Zur Vermeidung einer übermäßigen Kanalverengung in dem in dem gebogenen Bereich liegt dort zweckmäßig eine zumindest reduzierte Tiefe der Ausbeulungen vorliegt. Besonders bevorzugt sind dabei in dem gebogenen Bereich zumindest ab- schnittsweise keine Ausbeulungen angeordnet.
In bevorzugter Detailgestaltung besteht das Rohrmaterial aus einem aus der Gruppe Aluminiumlegierung, AIMn-Legierung, AlMg-Legierung und AIMgSi- Legierung. Solche Leichtmetall-Legierungen sind besonders gut strang- pressbar und mit den erfindungsgemäßen Einprägungen umformbar. Es hat sich gezeigt, dass Strangpressrohre aus solchen Legierungen auch bei Einsatz als Abgaskühler eine gute Korrosionsbeständigkeit gegenüber aggressivem Kondensat aufweisen.
Bei einer optimierten Geometrie der Strangpressrohre beträgt eine Tiefe der Einprägungen weniger als etwa 75%, bevorzugt weniger als etwa 45% und besonders bevorzugt weniger als etwa 30% eines inneren Rohrdurchmessers in der Hochrichtung.
Weiterhin hat sich in Versuchen gezeigt, dass in der Längsrichtung ein Abstand zwischen einer Einprägung der Rohrunterseite zu einer nachfolgenden Einprägung der Rohroberseite vorteilhaft nicht mehr als das 10-fache, bevorzugt nicht mehr als das 6-fache und besonders bevorzugt nicht mehr als das 3,5-fache eines inneren Rohrdurchmessers in der Hochrichtung beträgt. Zu- dem weist eine optimierte Ausführung die Eigenschaft auf, dass in der Längsrichtung ein Abstand zwischen einer Einprägung zur Ausbeulung einer Seitenwand zu einer nachfolgenden Einprägung zur Ausbeulung eines Stegs nicht mehr als das 8-fache, bevorzugt nicht mehr als das 6-fache und besonders bevorzugt nicht mehr als das 3-fache eines inneren Rohrdurchmes- sers in der Hochrichtung beträgt.
Für den Fall von in Querrichtung mehrere Stege übergreifenden Einprägungen beträgt eine Länge der Einprägung in der Querrichtung optimal etwa zwischen 25% und 100%bevorzugt zwischen 35% und 90% und besonders bevorzugt zwischen 45% und 80% einer Breite des Strangpressrohrs in der Querrichtung.
Für den Fall einer nur zwischen zwei Stegen begrenzten Einprägung beträgt deren Länge in der Querrichtung etwa zwischen 25% und 130%, bevorzugt zwischen 35% und 95% und besonders bevorzugt zwischen 45% und 75% einer Breite des von den Stegen begrenzten Kanals in der Querrichtung.
Allgemein vorteilhaft ist zur Verbesserung des Wärmeübergangs auf zumindest einer der Seitenwände von außen ein Rippenelement angeordnet ist, insbesondere mittels stoffschlüssiger Verbindung. Dabei kann es sich insbesondere um eine flächige Verlötung handeln. Um einen möglichst gleichmäßigen Wärmeübergang zwischen Rippen und Strangpressrohren sicherzustellen ist es von Vorteil, dass eine Wiederholeinheit der Einprägungen in der Längsrichtung und eine Wiederholeinheit von Rippen des Rippenelements keine ganzzahligen Vielfachen voneinander sind. Hierdurch lassen sich ungünstige regelmäßige Überdeckungen von Kontaktflächen der Rippen mit eingeprägten Bereichen der Rohroberfläche vermeiden.
Zur weiteren Verbesserung eines Wärmeübergangs kann bei einem erfin- dungsgemäßen Strangpressrohr zumindest ein Halbsteg von einer der Seitenwände in einen der Kanäle hineinragen.
Bei einer optimierten Ausführungsform liegt ein als das Vierfache des Verhältnisses aus der Fläche des durchströmbaren Querschnitts zu einem durch das erste Fluid benetzbaren Umfang definierter hydraulischer Durchmesser in einem Bereich zwischen 1 ,2 mm und 6 mm.
Bevorzugte Bereiche des hydraulischen Durchmessers sind insbesondere zwischen etwa 2 mm und etwa 5 mm, besonders bevorzugt zwischen 3,0 mm und 3,4 mm, insbesondere bevorzugt zwischen 3,1 mm und 3,3 mm und insbesondere etwa 3,2 mm.
Allgemein und insbesondere für Bauformen von Hochdruck- Wärmetauschern hat sich ergeben, dass der hydraulische Durchmesser (dh) vorteilhaft zwischen etwa 2,5 mm und 4 mm beträgt, insbesondere bevorzugt zwischen etwa 2,8 mm und 3,8 mm.
Allgemein und insbesondere für Bauformen von Niederdruck- Wärmetauschern hat sich ergeben, dass der hydraulische Durchmesser (dh) vorteilhaft in einem Bereich zwischen 2 mm und 3,5 mm liegt, insbesondere bevorzugt zwischen 2,5 mm und 3,5 mm.
Zur Optimierung von Gewicht und Materialmenge liegt ein Verhältnis aus dem hydraulischen Durchmesser (dh) und einer Kanalmantelstärke (s) vorteilhaft in einem Bereich zwischen 0,8 und 8, bevorzugt in einem Bereich zwischen 1 ,2 und 6 und besonders bevorzugt in einem Bereich zwischen 1 ,4 und 6. Aus gleichem Interesse liegt ein Verhältnis aus einer Stegstärke (d) und einer Kanalmantelstärke (s) bevorzugt unter 1 ,0.
Allgemein vorteilhaft liegt ein Verhältnis aus einem Umfang des Strangpressrohrs und dem durch das erste Fluid benetzbaren Umfang in einem Bereich zwischen 0,1 und 0,9, insbesondere zwischen 0,1 und 0,5, wobei der letztgenannte Bereich besonders für Abgaskühler geeignet ist.
In optimierter Bauform eines Ausführungsbeispiels liegt ein Verhältnis eines Abstands (e) zwischen zwei insbesondere gegenüberliegenden und/oder gegeneinander versetzten Teilstegen zu einer Höhe (b) des Rohr- Querschnitts in einem Bereich unterhalb von 0,8, besonders bevorzugt in einem Bereich zwischen 0,3 und 0,7 liegt. Ein Verhältnis eines Abstands (a3) eines ersten Teilstegs zu einem Ganzsteg zu einem Abstand (a4) eines zweiten Teilstegs zu dem Ganzsteg liegt bei einer entsprechenden Bauform bevorzugt in einem Bereich zwischen 0,5 und 1 ,0, insbesondere bevorzugt in einem Bereich zwischen 0,6 und 0,8.
Allgemein zur Erhöhung der Lebensdauer und insbesondere bei Beteiligung eines Fluids mit korrosiven Eigenschaften wie zum Beispiel Abgas kann es vorgesehen sein, dass wenigstens ein Steg und/oder der Kanalmantel, vorzugsweise die Kanalmantelinnenseite, einen Korrosionsschutz aufweist, vor- zugsweise in Form einer Verzinkung und/oder eines Lacks.
Je nach Anforderungen kann ein Querschnitt des Strangpressrohrs vorteilhaft zum Beispiel rechteckig, oval oder halboval ausgebildet sein.
Bei einer besonders geeigneten Bauform eines Strangpressrohrs zur Verwendung in einem Wärmetauscher sind eine Anzahl von 2 bis 20, bevorzugt 5 bis 15, besonders bevorzugt 7 bis 12, besonders bevorzugt 8 bis 11 und insbesondere bevorzugt 9 Stegen über einen Rohr-Querschnitt nebeneinander angeordnet.
Die Aufgabe der Erfindung wird zudem gemäß Anspruch 50 durch einen Wärmetauscher mit einem erfindungsgemäßen Strangpressrohr gelöst. In dem Strangpressrohr wird dabei ein ersten Fluid geführt, das mit einem das Rohr außen umströmenden zweiten Fluid Wärme austauscht. Solche Wär- metauscher finden insbesondere in Kraftfahrzeugen verbreiteten Einsatz, wobei hier aufgrund der hohen Anforderungen an Gewicht und Bauraum eine Optimierung der Tauscherleistung durch die erfindungsgemäßen Einprägungen in besonderem Maß vorteilhaft ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Strangpressrohre dabei luftumströmt. In einer alternativen Ausführungsform können die Strangpressrohre auch von einer Kühlflüssigkeit umströmt sein, zum Beispiel im Fall eines indirekten Abgaskühlers eines Kraftfahrzeugs. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann ein Abgaskühler zur Kühlung eines rückgeführten Abgasstroms sein, aber auch ein Ladeluftkühler eines Verbrennungsmotors, ein Ölkühler oder auch ein Kühlmittelkühler. Besonders bevorzugt finden diese Wärmetauscher jeweils in einem Kraftfahrzeug Verwendung.
Die Aufgabe der Erfindung wird für ein Herstellungsverfahren für das Strangpressrohr durch die Merkmale des Anspruchs 57 gelöst. Zweckmäßig werden zunächst die Strangpressprofile nach Art eines durchgängig prismati- sehen Grundkörpers durch ein bekanntes Strangpressverfahren ausgeformt und nachfolgend die Einprägungen eingebracht. Dies kann in einem sich an das Strangpressen unmittelbar anschließenden Schritt, insbesondere auch bei noch warmem Profil erfolgen oder auch in einem vollständig separierten Schritt an einem abgekühlten und/oder zwischengelagerten Profilstrang.
In vorteilhafter Detailgestaltung erfolgt das Einprägen mittels einer Prägewalze. Alternativ oder ergänzend kann es aber auch mittels eines Prägestempels erfolgen.
In bevorzugter Ausführungsform ist zur Optimierung der Herstellungskosten ein dem Einprägen nachfolgender Schritt des Abtrennens der Strangpressrohre von einem endlosen oder quasi-endlosen Profilstrang vorgesehen. Dies kann zum Beispiel durch einen Sägevorgang erfolgen. In besonders vorteilhafter Detailgestaltung erfolgt das Abtrennen jedoch durch einen Ab- reißvorgang, insbesondere nach einem vorhergehenden Anritzen. Hierdurch kann das Auftreten von Spänen im Zuge des Abtrennens weitgehend vermieden werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfol- gend beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Orientierungen von zumindest einigen Ausbeulungen benachbarter Stege, die in Längsrichtung im Wesentlichen auf gleicher Höhe liegen, entgegengesetzt, wobei bevor- zugt in der Längsrichtung eines Kanals eine Ausbeulung einer der Seitenwände und eine Ausbeulung des Stegs abwechselnd hintereinander vorgesehen sind, wobei bevorzugt in der Längsrichtung eines Kanals zunächst eine Ausbeulung des Stegs in eine erste Orientierung in Querrichtung erfolgt, nachfolgend eine Ausbeulung einer ersten der beiden Seitenwände, nachfolgend eine Ausbeulung des Stegs in die jeweils andere Orientierung und nachfolgend eine Ausbeulung der jeweils anderen Seitenwand, wobei bevorzugt in der Längsrichtung eines Kanals Ausbeulungen zweier den Kanal begrenzender Stege auf gleicher Höhe liegende, gegeneinander gerichtete Ausbeulungen aufweisen, so dass die Kanalbreite durch die Ausbeulungen verringert ist, wobei bevorzugt in der Längsrichtung eines Kanals Ausbeulungen zweier den Kanal begrenzender Stege auf gleicher Höhe liegende, voneinander weg gerichtete Ausbeulungen aufweisen, so dass die Kanalbreite durch die Ausbeulungen vergrößert ist, wobei bevorzugt die Ausbeu- lung des Stegs sowohl durch eine Einprägung der ersten Seite als auch eine zumindest teilweise in Überdeckung liegende Einprägung der zweiten Seite ausgebildet ist, wobei besonders bevorzugt die Orientierung der Ausbeulung bezüglich der in Überdeckung liegenden Einprägungen entgegengesetzt oder gleichgerichtet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die kontrolliert orientierte Ausbeulung des Stegs mittels eines relativ zu den Seitenwänden geneigten Prägewerkzeugs, wobei bevorzugt die kontrolliert orientierte Ausbeulung des Stegs mittels eines relativ zu dem Steg außermittig angreifenden Prägewerk- zeugs erfolgt, wobei bevorzugt ein endseitiger Bereich des Strangpressrohrs nicht mit Ausbeulungen versehen ist, wobei bevorzugt ein Abstand eines Rohrendes bis zu einer ersten Prägung etwa zwischen 2 mm und 15 mm beträgt, insbesondere etwa zwischen 4 mm und 8 mm.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat das Strangpressrohr einen gebogenen Bereich, wobei bevorzugt in dem gebogenen Bereich eine zumindest reduzierte Tiefe der Ausbeulungen vorliegt, wobei bevorzugt in dem gebogenen Bereich zumindest abschnittsweise keine Ausbeulungen angeordnet sind, wobei bevorzugt das Rohrmaterial aus einem aus der Gruppe Aluminiumlegierung, AIMn-Legierung, AlMg-Legierung und AlMgSi-Legierung besteht, wobei bevorzugt eine Tiefe der Einprägungen weniger als etwa 75%, insbesondere weniger als etwa 45%, insbesondere weniger als etwa 30% eines inneren Rohrdurchmessers in der Hochrichtung beträgt, wobei bevorzugt in der Längsrichtung ein Abstand zwischen einer Einprägung der einen Seitenwand zu einer nachfolgenden Einprägung der anderen Seitenwand nicht mehr als das 10-fache, insbesondere nicht mehr als das 6-fache, insbesondere nicht mehr als das 3,5-fache eines inneren Rohrdurchmessers in der Hochrichtung beträgt, wobei bevorzugt in der Längsrichtung ein Abstand zwischen einer Einprägung zur Ausbeulung einer Seitenwand zu einer nachfolgenden Einprägung zur Ausbeulung eines Stegs nicht mehr als das 8-fache, insbesondere nicht mehr als das 6-fache, insbesondere nicht mehr als das 3-fache eines inneren Rohrdurchmessers in der Hochrichtung beträgt, wobei bevorzugt eine Länge einer mehrere Stege übergreifenden Einprägung in der Querrichtung etwa zwischen 25% und 100%, insbesondere zwischen 35% und 90%, insbesondere zwischen 45% und 80% einer Breite des Strangpressrohrs in der Querrichtung beträgt, wobei bevorzugt eine Länge einer zwischen zwei Stegen angeordneten Einprägung in der Querrichtung etwa zwischen 25% und 130%, insbesondere zwischen 35% und 95%, insbesondere zwischen 45% und 75% einer Breite des von den Stegen begrenzten Kanals in der Querrichtung beträgt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist auf zumindest einer der Seitenwände von außen ein Rippenelement angeordnet, insbesondere mittels stoffschlüssiger Verbindung, wobei bevorzugt eine Wiederholeinheit der Ein- prägungen in der Längsrichtung und eine Wiederholeinheit von Rippen des Rippenelements keine ganzzahligen Vielfachen voneinander sind, wobei bevorzugt zumindest ein Halbsteg von einer der Seitenwände in einen der Kanäle hineinragt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt ein als das Vierfache des Verhältnisses aus der Fläche des durchströmbaren Querschnitts zu einem durch das erste Fluid benetzbaren Umfang definierter hydraulischer Durchmesser in einem Bereich zwischen 1 ,2 mm und 6 mm liegt, wobei bevorzugt der hydraulische Durchmesser zwischen etwa 2 mm und etwa 5 mm beträgt, insbesondere zwischen 3,0 mm und 3,4 mm, insbesondere zwischen 3,1 mm und 3,3 mm, insbesondere etwa 3,2 mm, wobei bevorzugt der hydraulische Durchmesser zwischen etwa 2,5 mm und 4 mm beträgt, insbesondere zwischen etwa 2,8 mm und 3,8 mm, insbesondere für einen Hochdruck- Wärmetauscher, wobei bevorzugt der hydraulische Durchmesser in einem Bereich zwischen 2 mm und 3,5 mm liegt, insbesondere zwischen 2,5 mm und 3,5 mm, insbesondere für einen Niederdruck-Wärmetauscher, wobei bevorzugt ein Verhältnis aus dem hydraulischen Durchmesser und einer Kanalmantelstärke in einem Bereich zwischen 0,8 und 9, insbesondere in einem Bereich zwischen 1 ,2 und 6, insbesondere in einem Bereich zwischen 1 ,4 und 6 liegt, wobei bevorzugt ein Verhältnis aus einer Stegstärke und einer Kanalmantelstärke unter 1 ,0 liegt, wobei bevorzugt ein Verhältnis aus einem äußeren Umfang des Strangpressrohrs und dem durch das erste Fluid benetzbaren Umfang in einem Bereich zwischen 0,1 und 0,9, insbesondere zwischen 0,1 und 0,5 liegt, wobei bevorzugt ein Verhältnis eines Abstands zwischen zwei, insbesondere gegenüberliegenden und/oder gegeneinander versetzten Teilstegen zu einer Höhe des Rohr-Querschnitts in einem Bereich unterhalb von 0,8, insbesondere in einem Bereich zwischen 0,3 und 0,7 liegt, wobei bevorzugt ein Verhältnis eines Abstands eines ersten Teilstegs zu einem Ganzsteg zu einem Abstand eines zweiten Teilstegs zu dem Ganzsteg, in einem Bereich zwischen 0,5 und 1 ,0, insbesondere in einem Bereich zwischen 0,6 und 0,8 liegt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist wenigstens ein Steg und/oder der Kanalmantel, vorzugsweise die Kanalmantelinnenseite, einen Korrosionsschutz auf, vorzugsweise in Form einer Verzinkung und/oder eines Lacks, wobei bevorzugt ein Querschnitt des Strangpressrohrs rechteckig, oval oder halboval ausgebildet ist, wobei bevorzugt eine Anzahl von 2 bis 20, insbesondere 5 bis 15, insbesondere 7 bis 12, insbesondere 8 bis 11 , insbesondere 9 Stegen über einen Rohr-Querschnitt nebeneinander an- geordnet sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Strangpressrohre des Wärmetauschers luftumströmt, wobei bevorzugt die Strangpressrohre von einer Kühlflüssigkeit umströmt sind, wobei bevorzugt der Wärmetauscher ein Abgaskühler zur Kühlung eines rückgeführten Abgasstroms, ein Ladeluftkühler, ein Ölkühler oder ein Kühlmittelkühler ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Ein- prägen mittels einer Prägewalze erfolgt, wobei bevorzugt das Einprägen mittels eines Prägestempels erfolgt, wobei bevorzugt dem Einprägen ein Schritt des Abtrennens der Strangpressrohre von einem endlosen oder quasiendlosen Profilstrang folgt, wobei bevorzugt das Abtrennen durch einen Sägevorgang oder durch einen Abreißvorgang, insbesondere nach einem vor- hergehenden Anritzen, erfolgt.
Nachfolgend werden mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Strangpressrohrs zur Definition der einzelnen Raumachsen.
Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Strangpressrohrs mit insgesamt neun Abwandlungen 2.1 bis 2.9.
Fig. 3 zeigt eine Darstellung von Prägevorgängen zur Herstellung eines Strangpressrohrs nach Fig. 2.
Fig. 4 zeigt eine räumlich Darstellung eines Strangpressrohrs nach dem ersten Ausführungsbeispiel.
Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt aus dem Strangpressrohr nach Fig. 4.
Fig. 6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Strangpressrohrs mit zehn Abwandlungen 6.1 bis 6.10.
Fig. 6a zeigt weitere Abwandlungen 6.11 bis 6.15 des zweiten Ausführungsbeispiels.
Fig. 7 zeigt räumliche Ansichten zweier Prägewalzen zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Strangpressrohrs. Fig. 8 zeigt eine auf Messungen und Rechnungen beruhende Darstellung einer bevorzugten Wahl eines hydraulischen Durchmessers in Bezug auf das Verhältnis aus dem durch das erste Fluid benetzbaren Umfang und einem äußeren Umfang des Strangpressrohrs. Fig. 9A und 9B zeigen zwei Abwandlungen einer bevorzugten Ausführungsform eines Querschnitts eines Strangpressrohrs mit strangge- presstem Kanalmantel und mit dem Kanalmantel stranggepress- ten Stegen. Fig. 10A und Fig. 10B zeigen zwei Abwandlungen einer weiteren Ausführungsform wie in Fig. 9A und Fig. 9B mit Teilstegen.
Fig. 11A und Fig. 11 B zeigen zwei Abwandlungen einer weiteren Ausführungsform wie in Fig. 9A und Fig. 9B mit Teilstegen.
Fig. 12 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Querschnitts eines Strangpressrohrs mit Teilstegen.
Fig. 13 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Querschnitts eines Strangpressrohrs mit Teilstegen.
Gemäß der Darstellung nach Fig. 1 betrifft die Erfindung Strangpressrohre, die sich zumindest abschnittsweise in einer mit z bezeichneten Längsrichtung erstrecken. Die Strangpressrohre haben quer zu der Längsrichtung eine längliche Erstreckung, wobei sie insbesondere als Flachrohre ausgebildet sind. Eine Querrichtung im Sinne des Anspruchs 1 ist in Fig. 1 als y-Richtung bezeichnet, wobei sich die (langen) Seitenwände 1 , 2 des Strangpressrohrs im Wesentlichen in dieser Richtung erstrecken. Eine Hochrichtung ist in Fig. 1 mit x bezeichnet und erstreckt sich senkrecht zur Längsrichtung und zur Querrichtung. Die Seitenwände 1 , 2 müssen sich im Querschnitt nicht notwendig gerade erstrecken sondern können auch gebogen verlaufen und sind in diesem Sinne nur „im Wesentlichen" in der Querrichtung orientiert bzw. „zumindest annähernd parallel".
Die Seitenwände 1 , 2 sind über kürzere, gebogene, im Wesentlichen in Hochrichtung verlaufende Schmalseiten 3, 4 miteinander zu einem geschlossenen Flachrohr verbunden.
Innerhalb des Flachrohrs sind die Seitenwände über wenigstens einen, in den gezeigten Ausführungsbeispielen jeweils mehrere durchgehende Stege 5, 79, 89 unter Abtrennung voneinander separater Kanäle 6 verbunden. Neben diesen durchgehenden Stegen bzw. Vollstegen 5, 79, 89 können optio- nal (siehe etwa Fig. 4 oder auch Fig. 10A bis Fig. 11 B) auch Teilstege 5', 79', 89' vorgesehen sein, die nach Art von Finnen zur Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen Kanalwand und Fluid in die Kanäle 6 hineinragen.
Zur Optimierung der Turbulenzen des durchströmenden Fluids werden die Strangpressrohre mit Einprägungen 7 versehen, durch die bezüglich der Längsrichtung lokale Ausbeulungen erzeugt werden, die in die Kanäle 6 hineinragen und die Fluidströmung beeinflussen. Dabei kann es sich um Ausbeulungen der Seitenwände 1 , 2 handeln, die entsprechend in der Hochrichtung vorragen oder auch um Ausbeulungen bzw. Ausknickungen der durch- gehenden Stege 5, 79, 89, die entsprechend in der Querrichtung vorragen. Solche Ausbeulungen der Stege werden dadurch erreicht, dass eine Einprägung zumindest teilweise deckend mit dem Ansatzbereich des Stegs an der Seitenwand vorgenommen wird.
Durch geeignete Maßnahmen wird dabei erreicht, dass die Orientierung der Ausbeulung des Stegs in der Querrichtung kontrolliert vorgegeben ist und nicht willkürlich oder zufällig erfolgt. Um dies zu erreichen, können zwei unterschiedliche Wege im Zuge der Herstellung der Einprägungen beschriften werden:
Zum einen kann ein Prägestempel 8 (siehe Fig. 3) oder auch eine Prägewalze 9' (siehe Fig. 7) eine geneigte Prägekante 8a, 10' aufweisen. In Fig. 3 ist unter A eine einfache Prägung eines Strangpressrohrs mittels einer einen Großteil des Strangpressrohrs in Querrichtung überdeckenden, glatten und nicht geneigten Prägekante gezeigt, mittels der die Stege 5 unkontrolliert nach links oder nach rechts ausgebeult werden. Unter B ist die Prägekante dagegen mit einem Winkel Alpha von wenigen Grad, typisch nicht mehr als zehn Grad, relativ zu der Seitenfläche 1 versehen. Hierdurch werden sämtliche der Stege 5 im Beispiel B kontrolliert nach rechts ausgebeult, da die Kräfte beim Prägen im Bereich der Ansätze der Stege asymmetrisch angreifen.
Zum anderen kann eine Kontrolle der Ausbeulungsrichtung auch für punktartige Einprägungen erreicht werden. Hierzu ist im Beispiel C der Fig. 3 eine gezahnte Prägekante 8b dargestellt, die nur mit kleinen lokalen Vorsprüngen bzw. punktartig am Strangpressrohr angreift. Die Angriffpunkte sind dabei im Wesentlichen über den Stegen 5, aber leicht außermittig dazu lokalisiert. Auch hierdurch wird ein Ausknicken der Stege 5 in vorbestimmter Orientierung bezüglich der Querrichtung erreicht. Die Richtung der Ausbeulung der Stege 5 wäre im Beispiel C ebenfalls nach rechts, da die Prägepunkte jeweils etwas links vom Zentrum der Stege 5 angreifen.
Eine zu Prägestempeln 8 alternative oder ergänzende Möglichkeit einer im Wesentlichen punktartigen Prägung mit lokalen Vorsprüngen ist über die in Fig. 7 dargestellte Prägewalze 9 mit punktartigen lokalen Vorsprüngen 10 gegeben. Die ebenfalls in Fig. 7 gezeigte Prägewalze 9' hat dagegen längliche Vorsprünge 10', die sich über zumindest eine gesamte Kanalbreite oder auch über die im Wesentlichen gesamte Breite des Strangpressprofils erstrecken. Mit einer solchen Walze 9' können zum Beispiel Ausführungen wie die in Fig. 4 hergestellt werden, wobei mit den lokalen Vorsprüngen der Prägewalze 9 Ausführungen wie in Fig. 6 und Fig. 6a hergestellt werden können. Grundsätzlich können die beiden Arten von Vorsprüngen 10, 10' aber auch gemeinsam auf derselben Prägewalze vorgesehen sein.
Vorliegend ist im Wesentlichen ein erstes Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 und ein zweites Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 mit jeweils mehreren Abwandlungen gezeigt. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 handelt es sich um Einprägungen des ersten Typs mit glatten, geneigten Prägekanten, die jeweils zugleich mehr als einen Steg 5 des Strangpressrohrs übergreifen und somit auch zugleich die Seitenwände zwischen den Stegen nach innen ausbeulen. Zweckmäßig sind die Prägekanten bzw. Einprägungen dabei unter einem Ausrichtungswinkel relativ zu der Querrichtung angeordnet. Hierdurch sind durch die gleiche Einprägung bedingte Ausbeulungen benachbarter Stege in Längsrichtung zueinander versetzt, so dass auf einfache Weise eine wellenartige Modulation der Kanäle 6 bei in Querrichtung weitgehend konstantem Abstand der Kanalwände erreicht wird. Ein solcher Ausrichtungswinkel beträgt in typischer Ausführung etwa 35° und ist in den Beispielen 2.3 bis 2.9 jeweils gegeben. Solche Einprägungen mit zur Querrichtung gewinkeltem Verlauf sind besonders gut geeignet, mit einer flächig auf dem Strangpressrohr aufgelöteten Kühlrippe (nicht dargestellt) kombiniert zu werden, da eine ungünstige Überdeckung von Einprägungen und Rippen mit der Folge von Bereichen schlechter Wärmeableitung vermieden wird.
Allgemein sind in den Beispielen 2.1 bis 2.9 Einprägungen von der Oberseite als durchgezogene Linien und in der Draufsicht nicht sichtbare Einprägungen von der Unterseite als gestrichelte Linien dargestellt. Die kontrollierte Ausbeulungsrichtung der Stege ist jeweils als Richtungspfeil innerhalb der Einprägungen dargestellt.
Die Einprägungen werden zweckmäßig in beiden Seitenflächen 1 , 2 vorgenommen. Diese gegenüberliegenden Einprägungen können sich überdecken (z.B. Fig. 2 Bsp. 2.2, 2.4) oder auch alternierend versetzt angeordnet sein (z.B. 2.1 , 2.3). Die Ausrichtungswinkel der Einprägungen können variieren und insbesondere alternieren wie in den Beispielen 2.5, 2.8 und 2.9. Es können über die Breite des Strangpressrohrs auch mehrere in Querrichtung kürzere Einprägungen mit wechselnden Ausrichtungswinkeln vorgesehen werden, siehe etwa Beispiele 3.6 bis 3.9.
Bei einigen der beschriebenen Beispiel, zum Beispiel im Fall 2.1 , 2.3 oder auch 2.7 sind die Ausbeulungsrichtungen der Stege durch von oben erfolgenden Einprägungen denen der in Längsrichtung alternierend von unten erfolgenden Einprägungen entgegengesetzt, um eine möglichst hohe Turbulenzerzeugung bei moderatem Druckverlustanstieg zu erzielen.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 handelt es sich um weitgehend lokale Einprägungen des zweiten Typs. Im Gegensatz zum ersten Fall nach Fig. 2 wird hierbei nicht über die gesamte Rohrbreite eine Prägung vorgenommen, sondern nur lokal begrenzt. Dies hat den Vorteil, dass das Aus- knicken der Rohrstege und die Einschnürung der Kanalhöhe in Hochrichtung getrennt nacheinander erfolgen können. Somit entsteht eine zusätzliche Designflexibilität, die insbesondere im Hinblick auf die Erzeugung einer Drallströmung in den Kanälen sehr hilfreich ist. Auf diese Weise lassen sich noch komplexere 3-dimensionale Wirbel- und Strömungszustände generie- ren als im ersten Fall. Vorteilhaft sind die Einprägungen in Längsrichtung wechselweise in der Form angebracht, dass in Strömungslängsrichtung nach einer Ausprägung der Rohrstege eine Ausprägung der Rohrwandung erfolgt und anschließend wiederum eine Ausprägung der Rohrstege etc. Die Ausprägungen können zusätzlich wechselweise auf beiden Seitenwänden 1 , 2 aufgebracht sein und zwar insbesondere in der Form, dass in Längsrichtung nach dem Ausknicken eines Steges 5 in die eine Richtung durch eine Einprägung 7 auf der oberen Seitenwand 1 eine Einprägung der unteren Seitenwand 2 erfolgt, in Längs- richtung nachfolgend das Ausknicken eines Steges 5 in die andere Orientierung Richtung durch eine Einprägung 7 auf der unteren Seitenwand 2 und in Längsrichtung nachfolgend eine Einprägung 7 der oberen Seitenwand 1. Im Anschluss daran wiederholt sich zyklisch die Ausprägung der Stege mittels Ausbeulen eines Steges 5 in die erste Richtung durch eine Einprägung auf der oberen Seitenwand 1 etc.. Jegliche andere Kombinationen und Reihenfolgen der Einprägungen in Strömungsrichtung ist jedoch auch denkbar, siehe beispielhafte Darstellungen 6.1 bis 6.17 in Fig. 6 und 6a. In den Darstellungen haben diejenigen Einprägungen, die aufgrund räumlicher Überdeckung einen Steg 5 ausbeulen, jeweils einen Richtungspfeil. Eine Abwei- chung aus der mittigen Lage ist in den Zeichnungen aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Grundsätzlich ist nur eine kleine kontrollierte Abweichung des Prägestempels von der Mittenlage über einem Steg 5 erforderlich, um die Ausbeulungsrichtung des Stegs vorzugeben.
Um ein möglichst starkes und gleichmäßiges Ausbeulen der Stege zu erreichen können diese auch von der Ober- und Unterseite beidseitig ausgebeult werden, wie in Fig. 6a, Beispiel 6.11 bis 6.13 dargestellt. Dabei befinden sich auf die Stege wirkende Einprägungen der Seitenwände jeweils in zumindest teilweiser Überdeckung, so dass der Steg am gleichen Ort von beiden Sei- tenwänden ausgehend ausgebeult wird. Die Richtung der Ausbeulung bezüglich der überdeckenden Einprägungen kann dabei gleichgerichtet sein (siehe etwa 6.11 und 6.13) oder auch entgegengesetzt gerichtet (siehe 6.12). Durch die Ausprägung der Rohrstege und der Rohrwandungen kommt es einerseits zu einer Reduktion des hydraulischen Durchmessers und somit zu einer Leistungssteigerung der Rohre hinsichtlich des Wärmeübergangs, zum anderen jedoch auch zu einer gerichteten Strömungsumlenkung sowohl in der y-z-Ebene als auch in der x-z-Ebene
Fig. 6 zeigt vorteilhafte Einprägungen beispielhaft an einem Rohr mit drei Zwischenstegen 5. In durchgezogener Linie ist jeweils die Einprägung von der oberen Seitenwand 1 , in gestrichelter Linie die Einprägung von der unte- ren Seitenwand 2 dargestellt. Mit einem Pfeil ist jeweils die Richtung der Stegausknickung dargestellt. Je nach Anforderungen können die Einprägungen in x-, y-, und z-Richtung rund, oval, oval länglich rechteckig oder auch in anderer Form ausgeführt sein. Die Einprägungen werden wie zuvor beschrieben wechselweise vorgenommen. Die Verformung der Kanalrohrwand an einer Stelle kann durch eine oder auch zwei Ausprägungen pro Kanal (siehe etwa Beispiele 6.4, 6.5, 6.9 und 6.10) ausgeführt sein. In besonderen Fällen, insbesondere bei sehr breiten Kanälen, kann dies jedoch auch durch mehr als zwei Einprägungen an einer Stelle vorgenommen werden.
In Fig. 6.3 sind Einprägungen der Seitenwände 1 , 2 zwischen den Stegen 5 dargestellt, die in einem definierten Ausrichtungswinkel zur Querrichtung ausgerichtet sind. Der Ausrichtungswinkel der Einprägung gegenüber einer der Achsen z bzw. y beträgt vorliegend etwa zwischen 30° und 40°. Es sind weitere beliebige Kombinationen zwischen Auslenkungsrichtung und Ein- prägreihenfolge auch über die dargestellten Varianten hinaus denkbar.
Die Beispiele 6.4, 6.5, 6.9 und 6.10 zeigen Varianten mit wingletartigen, d.h. länglichen und bevorzugt zueinander gewinkelten Einprägungen zwischen den Stegen 5. Je nach Anforderungen sind über die dargestellten Ausfüh- rungsformen hinaus beliebige Kombinationen der Winglets zueinander sowohl bezüglich Lage als auch Ausrichtung zueinander wie auch zur Richtung der Stege vorstellbar. Für die Einprägungen in Form von Winglets hat sich gezeigt, dass ein Ausrichtungswinkel der Einprägung gegenüber einer der Achsen z bzw. y besonders bevorzugt zwischen etwa 28° und 42° beträgt. Um die Turbulenz noch weiter zu erhöhen kann es insbesondere für sehr breite Kanäle neben den dargestellten Varianten auch vorgesehen sein, in Querrichtung mehr als nur ein Winglet pro Kanal einzuprägen.
Die Form der Winglets ist so gewählt, dass das Verhältnis aus deren Länge zu deren Breite ein Vielfaches ist, insbesondere etwa das 1 ,8-fache bis 2,5- fache oder etwa das 2,5-fache bis 3,2-fache.
Einprägungen zwischen den Stegen 5 in Wingletform haben gegenüber ein- facher geformten Einprägungen den Vorteil, dass mit dieser Art der Strömungsführung eine noch höhere Wärmeübertragungsleistung erzielt werden kann, da die Strömung eine noch stärker gerichtete Ablenkung mit einer deutlich höheren Verwirbelung erfährt.
Für beide Ausführungsbeispiele nach Fig. 2 und Fig. 6 gilt, dass bei Einsatz von sehr stark verunreinigten Fluiden wie z.B. Abgas eines Verbrennungsmotors mit der Verengung der Kanäle 6 die Gefahr einer Verblockung durch Anlagerung von Bestandteilen aus der Gasphase, insbesondere Ruß und/oder unverbrannte Kohlenwasserstoffe, wächst. Daher sind in diesem Fall die Ausbeulungen der Stege 5 so gestaltet, dass diese in der Querrichtung immer in gleicher Orientierung ausbeulen, so dass sich der freie Kanalabstand zwischen benachbarten Stegen 5 nicht oder nur geringfügig ändert. In der Längsrichtung weisen die Stege somit zueinander eine parallele Wellenform bezüglich der Querrichtung auf.
Abhängig von der Anwendung kann es jedoch auch vorteilhaft sein, die Stege 5 so auszustellen, dass die Orientierung der Ausbeulungen benachbarter Stege 5 genau gegenläufig zueinander sind, um den Kanal 6 abwechselnd möglichst stark zu verengen und dann wieder möglichst stark aufzuweiten. Ein Beispiel für eine solche Anordnung ist in Fig. 6a, Beispiel 6.13, gezeigt. Durch diese wechselweise Verengung und Erweiterung des Kanalquerschnittes ist eine zusätzliche Leistungssteigerung für ablagerungsunkritische Applikationen wie Ladeluftkühler, Kühlmittelkühler, Ölkühler oder Abgaskühler für Niederdruck-AGR-Anwendungen oder Hochdruck-AG R-Anwendungen mit moderaten Ruß- und/oder HC-Emissionen möglich. Je nach Anforderungen ist dabei immer der entsprechende Kompromiss mit einem aus den Verwir- belungen und Verengungen resultierenden Druckabfall zu beachten.
In Fig. 6a, Beispiele 6.14 und 6.15, ist eine weitere Möglichkeit dargestellt, mit nur einer Einprägung sowohl die Seitenwand als auch den Steg / die begrenzenden Stege dadurch Ausknicken zu lassen, dass der Stempel zusätzlich zur Kanalbreite auch noch einen Teil oder mehr als dies des/der benachbarten Stege überdeckt. Neben den in Fig. 6.14 und 6.15 dargestellten Varianten sind hier auch alle bereits genannten Kombinationen von Steg- ausknickungen zur Kanaleinprägungsrichtung denkbar.
Für eine Maßhaltigkeit der äußeren Abmessungen des Strangpressrohrs ist es vorteilhaft, die abschließenden Schmalseiten 3, 4 nicht durch Einprägungen auszubeulen. In diesem Fall erfolgt in den beiden seitlich äußeren Kanä- len jedoch nur eine wellenförmige Ausbeulung des näher zur Rohrmitte angeordneten Steges, während die Außenwand unverformt bleibt. Je nach Anwendung ist es daher vorteilhaft, die äußeren Kanäle mit einem größeren, bzw. geringern Strömungsquerschnitt zu versehen, um im ersten Fall das Risiko einer Verblockung des Gaskanals durch die starke Verkleinerung des Abstandes zwischen Steg 5 und äußerer Schmalseite 3, 4 im Bereich der Ausbeulung zu minimieren, bzw. im zweiten Fall auch im äußeren Kanal 6 noch eine ähnlich hohe Turbulenz wie in den inneren Kanälen zu erzielen. Sind an die Außenmaße des Strangpressrohrs keine besonderen Anforderungen gestellt, kann es natürlich zweckmäßig sein, auch die Schmalseiten 3, 4 mit Einprägungen zu versehen und in Querrichtung auszubeulen.
Zum Fügen der Strangpressrohre in einen Boden und zur Gestaltung der Rohrenden:
Zum Fügen der Strangpressrohre in einen Rohrboden ist es vorteilhaft, die Ausprägungen in den Endbereichen nicht zu prägen, damit ein definiertes Einbringen der Strangpressrohre mit umlaufend konstanten Spalt in den Boden möglich ist und somit eine gute Fügung der Strangpressrohr-Boden- Verbindung gewährleistet ist. Ein weiterer Grund besteht darin, dass ein de- finiertes Aufweiten der Strangpressrohre zur Fixierung von Strangpressrohr und Boden über eine gemeinsame Anlagefläche möglich bleibt.
Der erforderliche Abstand des Profilendes zur ersten Prägung ist insbeson- dere von der Tiefe der Einprägungen abhängig. Der Abstand ist so zu wählen, dass im Bereich der Fügestelle keine bzw. eine nur sehr geringe Deformation der ursprünglichen Rohrgeometrie auftritt. In typischen Fällen von Wärmetauschern, die für den Einsatz in Kraftfahrzeugen dimensioniert sind, bedeutet dies einen Abstand zwischen 2-15mm, insbesondere von 4-8mm. In Sonderfällen kann diese Maß jedoch auch über diese Abstände hinausgehen.
Zum Biegen der geprägten Strangpressrohre:
Ein großer Vorteil der Strangpressrohr-Wärmetauscher gegenüber anderen Tauscherrohren, z.B. Edelstahl-Rohren, ist die sehr große Designflexiblilität, insbesondere durch die Möglichkeit, die Strangpressrohre zu biegen.
Für das Biegen der Strangpressrohre ist es insbesondere vorteilhaft, wenn im Bereich der Biegung auf Einprägungen verzichtet wird, um eine zu starke Deformation und unter Umständen sogar ein Verschließen einzelner Kanäle zu verhindern. Alternativ hierzu kann im Biegebereich auch die Einprägtiefe nur reduziert werden oder zum Beispiel nur eine Ausprägung der Stege oder nur eine Verengung der Kanalwände vorgesehen sein. Im Herstellungsver- fahren erfolgt zunächst die Prägung der Rohre und anschließend die Biegung in die gewünschte Form.
Zum Verfahren der Herstellung:
Die Herstellung der Einprägungen kann vorteilhaft auf zwei alternative oder auch kumulative Arten erfolgen:
1) Das Strangpressrohr wird mittels mindestens einer Werkzeugwalze geprägt. In Fig. 7 ist eine solche Walze 9 beispielhaft abgebildet. Vorteilhaft werden mindestens zwei gegenläufige Werkzeugwalzen verwendet, durch welche in einem Arbeitsgang sowohl die obere Seitenwand 1 als auch die untere Seitenwand 2 geprägt werden.
2) Das Strangpressrohr wird über einen Stempelsatz bzw. diverse Einzel- Prägestempel geprägt.
Für beide Fertigungsarten kann die Einprägung sowohl einstufig als auch mehrstufig über mehrere in Fertigungsrichtung nacheinander vorgesehene Prägewalzen oder Stempelsätze hergestellt werden.
Um ein Verbiegen der Strangpressrohre während des Fertigungsprozesses zu verhindern, wird das Strangpressrohr mittels mindestens einer Haltfunktion vor und/oder nach der Prägestufe in Position gehalten. Über eine seitliche Rollenführung wird gewährleistet, dass das Strangpressrohr sich während des Prägeprozesses nicht in Querrichtung verschiebt. Lässt sich über diese Haltefunktion die Durchbiegung des Strangpressrohrs nur teilweise verhindern, so kann dies durch einen nachfolgenden Arbeitsschritt über eine Streckung bzw. Nachkalibrierung des Strangpressrohrs über einen weiteren Rollensatz bzw. eine Presse korrigiert werden.
Die Herstellung der Prägung mittels Walzen hat den Vorteil, dass das Verfahren mit kontinuierlichem Vorschub des Strangpressrohrs durchgeführt werden kann, während für die Fertigung mittels Stempelsätzen zumeist eine Taktung des Vorschubs notwendig ist.
Um die Strangpressrohre später optimal in den Boden fügen zu können ist es wichtig, dass im Bereich der Profiltrennung keine Ausprägungen und/oder eine Querschnittsänderung des Strangpressrohrs vorliegen. Dies kann auf mehrere Arten erreicht werden:
a) Der Abstand der Einprägungen ist so groß, dass eine Trennung der Strangpressrohre möglich ist. b) An der Trennstelle werden die Prägungen ausgesetzt. Letzteres kann für die Prägung mittels Walzen zum Beispiel durch eine entsprechende Geometrie der Prägewaize vorgesehen werden. In diesem Fall entspricht der Walzenumfang immer einem ganzzahligen Vielfachen der späteren Profillänge. Eine weitere Möglichkeit, einen ausreichend breiten Säge- bzw. Fügebreich vorzusehen besteht darin, die Zustellung der Walzen variabel auszuführen, so dass je nach Zustellung der Walzen entweder Prägungen ausgeformt werden oder nicht.
Ein weiterer Vorteil der Fertigung mittels Walzen besteht darin, dass über einen Tausch der Walzen auf sehr einfache Weise mit der gleichen Fertigungslinie unterschiedliche Profilvarianten hergestellt werden können.
Neben einem Austausch der Prägewalzen kann alternativ auch mit nur einer Prägewalze gearbeitet werden, in welche die Erhebungen zum Prägen so eingebracht sind, dass diese austauschbar sind. In diesem Fall wird mit einer Grundwalze gearbeitet, in welche variable Prägesätze eingesetzt werden können. Alternativ hierzu ist auch denkbar, auf eine Grundwalze ohne bzw. mit wenigen Ausprägungen einen zusätzlichen Hüllkörper, welcher die gewünschte Prägeanordnung besetzt, zu ziehen. In beiden Fällen wird mit nur einem Walzengrundkörper gearbeitet.
Für die Prägung des Strangpressprofis mittels Stempelsätzen müssen gegebenenfalls zur Erlangung eines großen Sägebereichs die Stempel im Säge- und Fügebereich ganz oder teilweise ausgesetzt werden, so dass keine oder nur sehr schwache Prägungen erzeugt werden.
Der Fertigungsablauf für die geprägten Strangpressrohre stellt sich somit folgendermaßen dar:
1) Die Strangpressrohre werden entweder
-in abzüglich der fertigungsbedingten Streckung beim Prägevorgang vorkonfektionierter Länge oder
-als Stangenmaterial mit einem Vielfachen der späteren Rohrlänge, oder -besonders vorteilhaft als Endlosmaterial in Spulenform für den Prägevor- gang bereitgestellt. 2) Prägen der Strangpressrohre mittels Walzen oder Stempelsatz
3) Korrektur eventuell auftretender Verbiegung mittels Streckung und/oder Kalibierwalzen -/presse
4) Eventuell Trennung der Strangpressrohre 5) Eventuell Biegen der Strangpressrohre
6) Reinigung der Strangpressrohre.
Der Ablauf dieser Schritte ist so gewählt, dass diese sehr einfach miteinander verkettet werden können um eine sehr einfache und kosteneffizient aus- führbare Fertigungslinie zu erstellen.
Zur Trennung der Strangpressrohre:
Die Trennung erfolgt vorzugsweise durch eine mit dem Prägeprozess mit- laufende Säge, kann jedoch auch in einem dem Prägeprozess nachfolgenden getrennten Sägeprozess erfolgen. Alternativ kann die Trennung der Strangpressrohre auch mittels Anritzen und anschließendem Abreißen der Rohre erfolgen. Dies hat den Vorteil, dass keine Späne entstehen und kein zusätzliches Sägeschmiermittel benötigt wird. Hierdurch kann abhängig von der Applikation eventuell auf einen nachgelagerten Reinigungsschritt ganz oder teilweise verzichtet werden.
Zum Werkstoff:
Prinzipiell können die geprägten Strangpressrohre mit jedem strangpressbaren Werkstoff hergestellt werden. Vorteilhaft für die hier angestrebte Applikation von Wärmeübertragern, wie Abgaskühler, Ölkühler, Kühlmittelkühler und Ladeluftkühler.sind alle strangpressbaren Aluminiumlegierungen, insbeson- dere AI-Legierungen, im Besonderen AIMn-Legierungen, AlMg-Legierungen und AlMgSi-Legierungen.
Befindet sich das Strangpressrohr in einer korrosionskritischen Anwendung, z.B. als gasführendes Strangpressrohr eines Abgaskühlers oder eines Nie- derdruck-Ladeluftkühlers, so hat sich in Korrosionsuntersuchungen gezeigt, dass sich eine besonders hohe Korrosionsfestigkeit dadurch erzielen lässt, dass reduzierende Verunreinigungen im Strangpresswerkstoff in nachfolgenden Massenanteilen vorliegen:
Silizium: Si<1% insbesondere Si<0.6%, im Besonderen Si<0.15%
Eisen: Fe<1.2% insbesondere Fe<0.7%, im Besonderen Fe<0.35% Kupfer: Cu<0.5% insbesondere Cu<0.2%, im Besonderen Cu<0.1 % Chrom Cr<0.5%, insbesondere 0.05%<Cr<0.25%, im Besonderen
0,1 %<Cr<0.25% Magnesium 0.02%<Mg<0.5%, insbesondere 0.05%<Mg<0.3%
Zink Zn<0.5%, insbesondere 0.05%<Zn<0.3%
Titan Ti<0.5%, insbesondere 0.05%<Ti<0.25%
Eine besonders hohe Korrosionsfestigkeit dieser Strangpressrohre lässt sich im Allgemeinen erzielen, wenn die in Strangpressrichtung gemessenen Korngrößen <250 μm, insbesondere <100 μm, im Besonderen <50 μm sind.
Zur Einprägtiefe:
Die jeweilige Tiefe der Einprägung ist sehr stark von der Applikation abhängig. Es hat sich jedoch gezeigt dass insbesondere unter dem Gesichtspunkt der Materialausdünnung und dem durch die Einprägung generierten Druckverlust eine Einprägtiefe kleiner 75% der lichten Rohrhöhe b, insbesondere kleiner 45%, im Besonderen kleiner 30% als vorteilhaft erwiesen hat.
Zum Abstand der Einprägungen:
Der Abstand der Einprägungen zueinander ist ebenfalls sehr stark von der Applikation abhängig. Hierfür konnte jedoch ebenfalls ein besonders vorteil- hafter Bereich gefunden werden:
1) In Längsrichtung bezogen auf Prägungen der einen Seitenwand 1 zu denen der anderen Seitenwand 2 zwischen dem 0-fachen und dem 10-fachen der lichten Rohrhöhe b, insbesondere zwischen dem 0-fachen und dem 6- fachen der lichten Rohrhöhe b, im Besonderen zwischen dem 0-fachen und dem 3,5-fachen der lichten Rohrhöhe b.
2) In Längsrichtung bezogen auf Prägungen welche der Reduzierung der Kanalhöhe dienen zu Prägungen welche dem Ausbeulen der Stege dienen auf einer der Seitenwände zwischen dem 0-fachen und dem 8-fachen der lichten Rohrhöhe b, insbesondere zwischen dem 0-fachen und dem 6-fachen der lichten Rohrhöhe b, im Besonderen zwischen dem 0-fachen und dem 3-fachen der lichten Rohrhöhe b.
Länge der Einprägungen:
Die Länge der Einprägungen ist ebenfalls stark von der Applikation abhängig. Hierfür konnte jedoch ebenfalls ein mit der Rohrbreite bzw. Kanalbreite im Zusammenhang stehender, besonders vorteilhafter Bereich gefunden werden:
Die Länge der Einprägung sollte für den Fall des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 zwischen 100% und 25% der Rohrbreite, insbesondere zwischen 90% und 35%, im Besonderen im Bereich zwischen 80% und 45% der Rohrbreite betragen.
Die Länge der Einprägung sollte für den Fall des Ausführungsbeispiels nach Fig. 6 zwischen 130% und 25% der Kanalbreite, insbesondere zwischen 90% und 35%, im Besonderen im Bereich von 75% und 45% der Kanalbreite liegen.
Die Länge der Einprägung liegt bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen 325% und 25% der Kanalbreite, insbesondere zwischen 250% und 35%, im Besonderen im Bereich von 215% und 45% der Kanalbreite.
Zum Auflöten einer Außenrippe, z.B. für Kühlmittelkühler, Ladeluftkühler: Wird auf das geprägte Strangpressrohr etwa in einem Kreuzstromkühler noch eine zusätzliche Außenrippe aufgebracht, so ist darauf zu achten, dass die Einprägungen in Querrichtung nicht fluchtend, sondern leicht versetzt angeordnet sind, um eine möglichst gute Verlötung der Außenrippe zu ge- währleisten. Hierfür eignen sich insbesondere die in den Fig. 2.3-2.9 und Fig. 6.6 - 6.10 dargestellten Anordnungen von Einprägungen. Für die in Fig. 6.6 - 6.10 dargestellten Anordnungen von Einprägungen sind die Abstände gleicher Einprägungen in zueinander benachbarten Kanälen in Längsrichtung vorteilhaft so auszuführen, dass diese nicht ein ganzzahliges Vielfaches der Rippendichte sind, sondern entweder kleiner oder größer, insbesondere vorteilhaft im Bereich k/3 bis n/3 der Rippendichte, für k=1 ,4,7,10,.. und n=2,5,8,11 ,... , so dass sich eine möglichst gute Verlötung der Außenrippe ergibt. Zu vorteilhaften Ausführungen der nicht eingeprägten Querschnitte der Strangpressrohre:
Als besonders bevorzugt zur Realisierung des Konzepts der Erfindung hat sich ein hydraulischer Durchmesser in einem Bereich zwischen 2 mm und 5 mm erwiesen. Die Größe dieses Bereiches realisiert - wie anhand von Fig. 8 im Einzelnen erläutert - in besonders vorteilhafter Weise eine Abwägung zwischen der Tendenz einen möglichst guten Wärmeübergang bei einem Strangpressrohr zu realisieren einerseits und der Tendenz andererseits einen Druckverlust zu reduzieren, bzw. einen akzeptablen Druckverlust bei gleichwohl gutem Wärmeübergang zu realisieren. In diesem Zusammen- hang erweist sich ein hydraulischer Durchmesser im Bereich zwischen 3 mm und 3,4 mm, insbesondere zwischen 3,1 mm und 3,3 mm als weiter besonders bevorzugt. Es hat sich insbesondere in Bezug auf den letztgenannten Bereich eines hydraulischen Durchmessers zwischen 3,1 mm und 3,3 mm gezeigt, dass ein hydraulischer Durchmesser bei etwa 3,2 mm besonders zweckmäßig ist. Zwar lässt sich auch in dem genannten Bereich eine Verschmutzung des Strangpressrohrs bzw. des Wärmetauscherrohres, grundsätzlich nicht vermeiden, doch haben Versuche ergeben, dass sich in diesem Bereich eine Verschmutzung derart stabilisiert, dass auch eine Leistungsabnahme bei einem vergleichsweise geringen Niveau gehalten wird. Während in Bereichen des hydraulischen Durchmessers außerhalb der zu- vor genannten Bereiche zu erwarten ist, dass ein Strangpressrohr unter Zunahme des Druckverlustes zunehmend verschmutzt je länger er betrieben wird, ist bei den zuvor genannten, bevorzugten Bereichen eines hydraulischen Durchmessers nachgewiesener Maßen davon auszugehen, dass sich ein Druckverlust auf vergleichsweise niedrigem Niveau stabilisiert. Eine etwaige suboptimale Wärmeübertragungsleistung eines Wärmeüberträgers wird nicht weiter reduziert bei weiterem Betrieb des Wärmetauschers. Bei außerhalb der zuvor genannten Bereiche eines hydraulischen Durchmessers kommt es dagegen bei weiterem Betrieb des Strömungskanals zu einer überproportionalen Zunahme des Druckverlust und schließlich im schlimmsten Fall zu einer Verblockung der Kanäle.
Ein Strangpressrohr gemäß dem Konzept der Erfindung lässt sich sowohl im Rahmen einer Hochdruck-Abgasrückführung als auch im Rahmen einer Nie- derdruck-Abgasrückführung in vorteilhafter Weise einsetzen. Weiterhin ist auch eine Anwendung für eine Ladeluftkühlung oder Kühlmittelkühlung möglich. Bei allen, insbesondere den genannten oder ähnlichen, Anwendungsbereichen wird eine Erhöhung der Anzahl von Stegen zur Verbesserung des Wärmeübertrags gemäß dem Konzept der Erfindung vermieden, indem der hydraulische Durchmesser in einem Bereich zwischen 1 ,2 mm und 6 mm gewählt wird. Allerdings hat sich in Versuchen gezeigt, dass eine im Hinblick auf eine Niederdruck-Abgasrückführung, Hochdruck-Abgasrückführung oder Ladeluftkühlung optimierte Wahl eines Bereichs für den hydraulischen Durchmesser unterschiedlich gestaltet werden kann. Bei der Hochdruck- Abgasrückführung ist, wie sich gezeigt hat, sowohl der Anstieg eines Druckverlustes als auch die zunehmende Gefahr eines Verblockens oder starken Verschmutzen eines Kanals durch Rußpartikel oder dergleichen vergleichsweise kritisch. Für einen Hochdruckwärmetauscher hat sich ein Bereich eines hydraulischen Durchmessers zwischen 2,5 mm und 4 mm, insbesondere zwischen 2,8 mm und 3,8 mm als besonders vorteilhaft erwiesen.
Bei einem Niederdruck-Abgasrückführungskonzept erfolgt kein bzw. ein nur sehr geringer Rußeintrag, so dass in diesem Fall vorteilhafterweise auch mit kleinerem hydraulischen Durchmesser als bei Hochdruck-AGR-Kühlem gearbeitet werden kann. Für einen Niederdruckwärmetauscher hat sich ein Bereich eines hydraulischen Durchmessers zwischen 2 mm und 3,5 mm, insbesondere zwischen 2,5 mm und 3,5 mm als besonders vorteilhaft erwiesen.
Es hat sich als besonders vorteilhaft, insbesondere zur Erhöhung einer Korrosionsbeständigkeit, erwiesen ein Verhältnis aus einer Stegstärke und einer Kanalmantelstärke unterhalb des Wertes 1 ,0 zu wählen. Mit anderen Worten, zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit ist es vorteilhaft den Kanalmantel mit einer stärkeren Wanddicke zu versehen als einen Steg. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die Ausführung eines Strangpressrohrs vorteilhaft, bei der wenigstens der Kanalmantel auf einem Aluminiumwerkstoff basierend hergestellt ist.
Darüber hinaus hat es sich als grundsätzlich relevant erwiesen, eine Kanal- mantelstärke derart zu optimieren, dass einerseits eine Korrosionsbeständigkeit, insbesondere im Falle eines auf einem Aluminiumwerkstoff basierenden Strangpressrohr, in ausreichendem Maße gewährleistet ist und andererseits eine ausreichende Anzahl von Strangpressrohren in verfügbaren Bauraum eines Wärmetauschers bereitzustellen. In der Regel ist ein Bau- räum für einen Wärmetauscher in einem Motor vergleichsweise begrenzt, sodass es grundsätzlich im Rahmen einer Verbesserung liegt, möglichst viele Strangpressrohre in einem Wärmetauscher zu Verfügung zu stellen und damit eine Kanalmantelstärke nicht zu dick auszugestalten. Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung hat sich ein Verhältnis aus dem hydraulischen Durchmesser und einer Kanalmantelstärke in einem Bereich zwischen 0,8 und 9 als besonders vorteilhaft erwiesen. Dieser Bereich hat sich, insbesondere bei einem auf einem Aluminiumwerkstoff basierenden Strangpressrohr, insbesondere bei einem Strangpressrohr bei dem wenigstens der Kanalmantel auf einem Aluminiumwerkstoff basiert, als be- sonders zweckmäßig erwiesen. Vorteilhaft ist auch ein Bereich zwischen 1 ,2 und 6,0, insbesondere ein Bereich zwischen 1 ,4 und 6 im Hinblick auf die Auslegung der Kanalmantelstärke (Bauraumbedarf, Korrosionsbeständigkeit) und des hydraulischen Durchmessers (Wärmeübergang, Druckverlust). Das Konzept der Erfindung und/oder eine oder mehrere der zuvor genannten Weiterbildungen allein oder in Kombination erweist sich als besonders vorteilhaft für Abmessungen eines Strangpressrohrs, die ein Verhältnis aus einem äußeren Umfang des Strangpressrohrs und dem durch das erste Fluid benetzbaren Umfang in einem Bereich zwischen 0,1 und 0,9, insbesondere zwischen 0,1 und 0,5 für Abgaskühler, realisieren. Die angestellten Untersuchungen zur Sache haben gezeigt, dass im Rahmen der genannten Abmessungen das Verhalten eines Strangpressrohrs im Hinblick auf die zuvor erläuterte Problematik besonders vorteilhaft ist.
Besonders zweckmäßig hinsichtlich Herstellungsaspekten und der oben benannten Problematik erweist sich ein Strangpressrohr, bei dem im Rohr- Querschnitt ein Steg als Ganzsteg einends und andernends an der Kanalmantelinnenseite angeordnet ist. Insbesondere kann ein Rohrquerschnitt ausschließlich Ganzstege aufweisen. Vorteilhaft ist ein Ganzsteg durchgehend, ohne Öffnungen, zwischen einer ersten Kanalmantelinnenseite und einer zweiten Kanalmantelinnenseite ausgeführt. Wie beispielhaft an Fig. 9A und Fig. 9B erläutert, lässt sich dadurch ein Strangpressrohr mit einem hydraulischen Durchmesser gemäß dem Konzept der Erfindung realisieren.
Darüber hinaus hat sich ein Strangpressrohr als vorteilhaft erwiesen, bei dem im Rohr-Querschnitt ein Steg als Teilsteg nur einends an der Kanalinnenseite angeordnet ist und andernends frei in den Innenraum ragt. Wie beispielhaft anhand von Fig. 10A und Fig. 10B sowie Fig. 11A und Fig. 11 B er- läutert, lässt sich anhand eines stranggepressten Strömungskanals in besonders vorteilhafter Weise ein hydraulischer Durchmesser gemäß dem Konzept der Erfindung realisieren.
Es hat sich gezeigt, dass vorteilhaft zwei Teilstege mit sich andernends ge- genüberliegenden Stirnseiten angeordnet sein können. Alternativ oder in Kombination mit der zuvor genannten Anordnung von Teilstegen können zwei Teilstege mit sich andernends seitlich gegeneinander versetzten Stirnseiten angeordnet sein. Vorzugsweise sind ein Teilsteg und ein Ganzsteg abwechselnd nebeneinander angeordnet. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, Abmessungen und Anordnungen der Teilstege wie folgt zu treffen. Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung liegt ein Verhältnis eines Abstands zwischen zwei Teilstehen, insbesondere zwei gegenüberliegenden Teilstegen und/oder zwei ge- geneinander versetzten Teilstegen, zu einer Höhe des Rohr-Querschnitts in einem Bereich unterhalb von 0,8, vorzugsweise in einem Bereich von 0,3 und 0,7. Vorzugsweise ist ein Verhältnis eines Abstands eines ersten Teilstegs zu einem Ganzsteg zu einem Abstand eines zweiten Teilsteg zu dem Ganzsteg, in einem Bereich zwischen 0,5 und 1 ,0, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,6 und 0,8.
Fig. 8 stellt das Verhältnis aus dem durch ein Fluid wie z.B. Abgas benetzbaren Umfang und einem äußeren Umfang des Strangpressrohrs in Abhängigkeit des hydraulischen Durchmessers dar. Ein bevorzugtes Verhältnis ergibt sich aus den zuvor erläuterten schraffierten Bereichen eines bevorzugten hydraulischen Durchmessers von 2 mm bis 5 mm, insbesondere 2,8 mm bis 3,8 mm. Aus Fig. 8 ist ersichtlich, dass das genannte Verhältnis im Bereich zwischen 0,1 und 0,5 liegen sollte, um verbesserte Austauschgrade und Druckverlustgrade zu erreichen. Fig. 8 ist vorliegend exemplarisch für ein in Fig.10B näher bezeichnetes Profil eines Strangpressrohrs bei-spielhaft angegeben. Eine vergleichbare Tendenz ist auch bei den weiteren im Folgenden näher beschriebenen konstruktiven Ausführungen eines durchströmbaren Querschnitts bei einem Strangpressrohr feststellbar. So zeigt Fig. 8 das erläuterte Verhältnis für verschiedene Stegabstände a, u.a. der Fig. 10B, (vorliegende für zwei Beispiele a = 2 mm und a = 5 mm) und für unterschiedliche Werte eines Verhältnisses eines Abstands zwischen zwei gegenüberliegenden Teilstegen zu einer Höhe des Rohrquerschnitts, das vorliegend mit k bezeichnet ist. Das Verhältnis k sollte wie in Fig. 8 durch Pfeile dargestellt, in einem Bereich unterhalb von 0,8, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,3 und 0,7 liegen. Vorliegend nimmt das Verhältnis k eines Abstands e zwischen zwei gegenüberliegenden Teilstegen zu einer Höhe b des Rohrquerschnitts von 0,25 auf 0,75 in Pfeilrichtung zu. Diese Analyse gilt sowohl für einen Abgaskühler im Rahmen einer Hochdruckauslegung bei einem Abgas- rückführsystem als auch für einen Abgaskühler im Rahmen einer Niederd- ruckauslegung bei einem Abgasrückführsystem. im Foigenden werden Fig. 9A bis Fig. 11 B beispielhafte konstruktive Ausführungen eines Querschnitts unterschiedlicher bevorzugter Strangpressrohre beschrieben. Dabei sollte gleichwohl klar sein, dass Abwandlungen dersel- ben sowie eine beliebige Kombination von Merkmalen der konkret in den Figuren beschriebenen Ausführungsformen möglich sind und dennoch ein hydraulischer Durchmesser im Bereich zwischen 1 ,5 mm und 6 mm, bevorzugt zwischen 2 mm und 5 mm, bevorzugt zwischen 2,8 mm und 3,8 mm erreicht werden kann. Insbesondere ist bei den in den folgenden Figuren ge- zeigten Ausführungsformen jeweils eine Abwandlung gezeigt, bei der eine Kanalmantelstärke und einer Stegstärke d gleich bzw. ähnlich ist und eine weitere Abwandlung gezeigt, bei der ein Verhältnis aus einer Stegstärke d und einer Kanalmantelstärke s unterhalb von 1 ,0 mm liegt. Entsprechend lassen sich auch die Wandstärken von Teilstegen oder ähnliche Abmes- sungen, je nach zu erreichendem Zweck, variieren und anpassen.
Fig. 9A und Fig. 9B zeigen zwei Abwandlungen eines Strangpressrohrs 61 , 61', wobei sich die Abwandlungen darin unterscheiden, dass die Mantelstärke s bei dem in Fig. 9B dargestellten Strangpressrohr 61' dicker als eine Stegstärke d ist, während diese bei dem in Fig. 9A dargestellten Strangpressrohr 61 im Wesentlichen gleich sind. Darüber hinaus sind für gleiche Merkmale gleiche Bezugszeichen genutzt.
Der Strömungskanal 61 , 61' ist als ein insgesamt stranggepresstes Profil, also als ein stranggepresster Kanalmantel zusammen mit den strangge- pressten Stegen gebildet. Der Strömungskanal 61 , 61' weist dementsprechend einen Kanalmantel 63 mit einem von einer Kanalmantelinnenseite 65 umgebenen Innenraum 67 auf, der vorliegend zur wärmeaustauschenden Führung des ersten Fluids in Form eines Abgases ausgebildet ist. Weiter weist der Strömungskanal 61 , 61' vorliegend eine Anzahl von fünf im Innenraum 67 an der Kanalmantelinnenseite 65 angeordneten Stegen 69 auf, die zusammen mit dem Kanalmantel 63, 63' als integrales stranggepresstes Profil gebildet sind. Ein Steg 69 verläuft gänzlich parallel zu einer senkrecht zur Zeichenebene stehenden Strömungskanalachse ununterbrochen entlang des im Gehäuse eines Wärmetauschers gebildeten Strömungspfades. Der gezeigte durchström bare Querschnitt quer zur Strömungskanalachse ist zur Führung des Abgases im Innenraum 67 ausgelegt. Die Auslegung erfolgt anhand des hydraulischen Durchmessers dh, der für das vorliegende Strangpressrohr 61 , 61' unter Bezugnahme auf die Abstände a, b rechts un- ten in Fig. 9B angegeben ist. Der hydraulische Durchmesser ergibt sich als das Vierfache des Verhältnisses aus der Fläche des durchströmbaren Querschnitts zu einem durch das Abgas benetzbaren Umfang. Die Fläche des durchströmbaren Querschnitts ist vorliegend ein Vielfaches des Produkts aus a und b. Der benetzbare Umfang ist vorliegend das ebenfalls Vielfache der doppelten Summe aus a und b. a gibt dabei die Breite des freien Querschnitts einer im Strömungskanal durch die Stege 69 unterteilten Strömungslinie 74 an und b gibt vorliegend die freie Höhe der Strömungslinie 74 an.
Bei diesem Strömungskanal 63, 63' als auch bei den folgenden näher erläu- teilen Strömungskanälen liegt eine Wandstärke s im Bereich zwischen 0,2 mm und 2 mm, für korrosionskritische Anwendungen vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 mm und 1 ,4 mm, für korrosionsunkritische Anwendungen vorzugsweise im Bereich zwischen 0,3 mm und 0,8 mm. Eine Höhe b eines Strömungsfadens 74 bzw. eine Höhe des Innenraums 67 liegt vorliegend im Bereich zwischen 2,5 mm und 10 mm, vorzugsweise im Bereich zwischen 4,5 mm und 7,5 mm. Eine Breite a eines Kanals 74 in Querrichtung liegt im Bereich zwischen 3 mm und 10 mm, vorzugsweise im Bereich zwischen 4 mm und 6 mm.
Fig. 10A.2 und Fig. 10B.2 zeigen zwei weitere Abwandlungen einer besonders bevorzugten Ausführungsform eines Strangpressrohrs 71 , 71', die sich - wie zuvor erläutert - lediglich in der Wandstärke des Kanalmantels 73, 73' relativ zur Wandstärke eines Stegs 79 unterscheiden. Der Strömungskanal 71 , 71' weist außerdem die Stege 79 in Form von Ganzstegen auf und da- neben abwechselnd zu den Ganzstegen 79 angeordnete Teilstege 79'. Das Strangpressrohr 71 , 71' ist wiederum gänzlich als stranggepresstes Profil gebildet, wobei ein Kanal 74 wiederum durch den Abstand zweier Ganzstege 79 gebildet ist. Der hydraulische Durchmesser des durchströmbaren Querschnitts bei den in Fig. 10A und Fig. 10B gezeigten Strangpressrohren 71 , 71' ist unterhalb von Fig. 1OB angegeben. Vorliegend sind jeweils zwei Teilstege 79' mit sich gegenüberliegenden Stirnseiten 76 angeordnet.
In Fig. 11A.2 und Fig. 11 B.2 sind zwei weitere Abwandlungen 81 , 81" einer besonders bevorzugten Ausführungsform eines Strang pressrohrs 81 , 81' gezeigt, bei denen zwei Teilstege 89' mit sich seitlich gegeneinander versetzten Stirnseiten 86 angeordnet sind. Ein hydraulischer Durchmesser dh für das gezeigte Profil ergibt sich wiederum aus der unterhalb von Fig. 10B gezeigten Formel, wobei a1 durch a4 zu ersetzen ist.
Ein Verhältnis eines Abstands a3 eines ersten Teilstegs 89' zu einem Ganzsteg 89 zu einem Abstand a4 eines zweiten Teilstegs 89' zu dem Ganzsteg 89 liegt in einem Bereich zwischen 0,5 mm und 1 ,0 mm, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,6 mm und 0,8 mm. Grundsätzlich beträgt der Ab- stand e zwischen zwei gegenüberliegenden Teilstegen 79' und/oder zwischen zwei gegeneinander versetzten Teilstegen 89' zu einer Höhe b des Rohrquerschnitts in einem Bereich unterhalb von 0,8 mm, insbesondere in einem Bereich zwischen 0,3 mm und 0,7 mm.
Jedes der in Fig. 9A bis Fig. 11 B gezeigten bevorzugten Strangpressrohre ist erfindungsgemäß mit Einprägungen und Ausbeulungen gemäß der erläuterten Ausführungsbeispiele versehen, um die Turbulenzen und den Wärmeübergang sowie den Druckabfall im konkreten Anwendungsfall zu optimieren.
Insbesondere für die in Fig. 10A, 10B, 11A und 11 B dargestellten Strangpressprofile ist neben dem beschriebenen Vorgehen zur Einprägung der Rohrwand und der Rohrstege auch eine Ausführungsform mit ausschließlichem Ausknicken der Voll- und Halbstege vorteilhaft. Durch die große An- zahl an Stegen und/oder der Länge der Halbstege kann eine Einprägung der Rohrwand zu einer Verblockung des Strömungskanals durch sich berührende oder fast berührende Halbstege kommen. Daher ist es, abhängig vom Abstand e, insbesondere für die in Fig. 10A, 10B und 11A, 11 B dargestellten Profile oft günstiger, nur die Stege oder und Halbstege durch gezielte Ein- prägungen in der Nähe der Stegansätze ausknicken zu lassen und die Rohrwände nur möglichst wenig einzuprägen. Dies gilt insbesondere für e<1/3b.
Fig. 12 und Fig. 13 zeigen jeweils weitere Ausführungen 91 , 101 von Quer- schnitten von noch nicht ausgebeulten Strangpressrohren. Es sind jeweils Teilstege 92, 102 vorhanden, die sich ausgehend von den Stegen 5 in Querrichtung in die Kanäle 6 erstrecken. In dem Beispiel nach Fig. 12 sind die Teilstege jeweils auf gleicher Höhe angeordnet und im Beispiel nach Fig. 13 auf verschiedener Höhe. Die Abbildungen nach Fig. 12 und Fig. 13 sind maßstabsgerecht, so dass ihnen bestimmte Maßverhältnisse der eingezeichneten Maße entnommen werden können.
Es versteht sich, dass die einzelnen Merkmale der verschiedenen Ausfüh- rungsbeispiele je nach Anforderungen miteinander kombiniert werden können.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Strangpressrohr für einen Wärmetauscher, umfassend zwei zumindest annähernd parallele äußere Seitenwände (1 , 2), die sich in einer Längsrichtung (z) und einer Querrichtung (y) des Strangpressrohrs erstrecken und mittels zweier äußerer Schmalseiten (3, 4) in einer Hochrichtung (x) des Strangpressrohrs verbunden sind, wobei sich zumindest ein durchgehender Steg (5) zwischen den Seitenwänden (1 , 2) in der Längsrichtung (z) und in der Hochrichtung (x) erstreckt und zumindest zwei Kanäle (6) des Strangpressrohrs separiert, und wobei zumindest eine der äußeren Seitenwände (1 , 2) Einprägungen (7) aufweist, mittels derer sowohl in die Kanäle (6) hineinragende
Ausbeulungen (7) der Seitenwände (1 , 2) als auch sich im Wesentlichen in Querrichtung (y) erstreckende Ausbeulungen (7) des Stegs (5) ausgeformt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbeulungen (7) des zumindest einen Stegs (5) eine kontrollierte Orientierung bezüglich der Querrichtung (y) aufweisen.
2. Strangpressrohr nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Kanäle (6) des Strangpressrohrs in der Längs- richtung (x) einen regelmäßigen, wellenförmigen Verlauf bezüglich der
Querrichtung (y) aufweist.
3. Strangpressrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand in Querrichtung (y) zwischen zwei benachbarten Stegen (5) im Wesentlichen konstant ist.
4. Strangpressrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Einprägungen (7) eine längliche Form aufweist, wobei eine Mehrzahl von Stegen (5) durch die gleiche Einprägung (7) überdeckt und ausgebeult sind.
5. Strangpressrohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die längliche Einprägung (7) einen Ausrichtungswinkel zu der Querrichtung (y) aufweist.
6. Strangpressrohr nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausrichtungswinkel etwa zwischen 0° und 45°, insbesondere etwa zwischen 20° und 45°, insbesondere etwa zwischen 28° und 42°, beträgt.
7. Strangpressrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Einprägungen (7) im Wesentlichen nur mit dem zumindest einen Steg (5) in Überdeckung ist.
8. Strangpressrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Einprägungen (7) nicht in Überdeckung mit einem Steg (5) ist.
9. Strangpressrohr nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einprägung (7) eine Ausrichtung gegenüber der Querrichtung (y) aufweist.
10. Strangpressrohr nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausrichtungswinkel der Einprägung (7) gegenüber der Querrichtung (y) etwa zwischen 0° und 45°, insbesondere etwa zwischen 25° und
45°, insbesondere etwa zwischen 30° und 40°, beträgt.
11. Strangpressrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Einprägungen (7) winglet- förmig, wie länglich, ausgebildet ist.
12. Strangpressrohr nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wingletförmige Einprägung (7) ein Verhältnis von Länge zu Breite von zwischen 1 ,2 und 5, bevorzugt zwischen 2 und 5, besonders be- vorzugt zwischen 2,5 und 3,2, oder bevorzugt zwischen 1 ,5 und 3, besonders bevorzugt zwischen 1 ,8 und 2,5 aufweist.
13. Strangpressrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierungen von zumindest einigen Aus- beulungen (7) benachbarter Stege (5), die in Längsrichtung im Wesentlichen auf gleicher Höhe liegen, gleich sind.
14. Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Strangpressrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
15. Verfahren zur Herstellung eines Strangpressrohrs nach einem der Ansprüche 1 bis 49, umfassend die Schritte
-Herstellen des Strangpressrohrs durch ein Strangpressverfahren, und nachfolgend -Einprägen der Einprägungen in die Seitenwände (1 ,2).
EP08869782.6A 2008-01-10 2008-12-18 Strangpressrohr für einen wärmetauscher Not-in-force EP2242979B1 (de)

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EP2242979A1 true EP2242979A1 (de) 2010-10-27
EP2242979B1 EP2242979B1 (de) 2014-09-24

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