DE102006018688A1 - Verfahren zum Biegen von Flachrohren für Wärmeübertrager und gebogenes Flachrohr - Google Patents

Verfahren zum Biegen von Flachrohren für Wärmeübertrager und gebogenes Flachrohr Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Biegen von Flachrohren für Wärmeübertrager, wobei das Flachrohr mit einem Zuflussabschnitt, einem gekrümmten mittleren Bereich und einem Rückflussabschnitt zum Transport für ein Kältemittel versehen wird und der Wärmeübertrager einen Sammler aufweist, an dem mindestens zwei parallel versetzte Flachrohre mit dazwischen angeordneten Rippen jeweils beidenseitig mit dem Zuflussabschnitt und dem Rückflussabschnitt angeschlossen sind, und ein gebogenes Flachrohr. Die Aufgabe besteht darin, dass nach dem Biegeprozess die Querschnittsfläche im Umkehrbogenabschnitt und die dortige Wanddicke nicht verringert werden soll. Es soll auch zwischen zwei parallel versetzten Flachrohren eine durchgängige Rippenausbildung gewährleistet werden. Die Lösung besteht darin, dass folgende Schritte durchgeführt werden: a. Biegen des Flachrohres (1) an der schmalen Längsseite (10) im mittleren Bereich (3) in einem Winkel von 180° zur Längsachse (11) gerichtet, b1. Bearbeiten des Flachrohres (1) im inneren Biegeradius (12) und/oder b2. Verdicken des Flachrohres (1) im äußeren Biegeradius (13) während des Biegens, wobei die gesamte Querschnittsfläche (6) und die Dicke der Wandung (7) des Flachrohres (1) auch in den Biegeradien (12, 13) beibehalten werden und wobei die Rohroberfläche (14) und die Rohrunterfläche (15) des Flachrohres (1) eben und parallel zueinander gerichtet ausgebildet bleiben.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Biegen von Flachrohren für Wärmeübertrager, wobei das Flachrohr mit einem Zuflussabschnitt, einem gekrümmten mittleren Bereich und einem Rückflussabschnitt zum Transport für ein Kältemittel versehen wird und der Wärmeübertrager einen Sammler aufweist, an dem mindestens zwei parallel versetzte Flachrohre mit dazwischen angeordneten Rippen jeweils beidendseitig mit dem Zuflussabschnitt und dem Rückflussabschnitt angeschlossen sind, und ein gebogenes Flachrohr.
  • Die Flachrohre sind z. B. CO2-Druckrohre, die als Hochdruck- und Niederdruckrohre ausgebildet sein können.
  • Das herkömmliche Biegeverfahren für die Flachrohre besteht darin, dass das gesamte Flachrohr in einem mittleren Bereich seiner Gesamtlänge zuerst in einem Winkel von 90° um die Längsachse des Flachrohres verdrillt, anschließend in einem Winkel von 180° quer zur Längsachse gebogen und dann nochmals im mittleren Bereich um einen Winkel von 90° verdrillt wird, damit der Rückflussabschnitt parallel entgegengesetzt wie der Zuflussabschnitt verläuft.
  • Durch die beiden Rotationsbewegungen wird das Flachrohr eine z.B. 15mm breite Rippenebene im mittleren Bereich verlassen. Die dem Flachrohr zugehörige Rohrwandung kann somit nicht komplett zur Wärmeübertragung genutzt werden.
  • Ein Problem des herkömmlichen Verfahrens besteht auch darin, dass konstruktionsbedingt nicht die Möglichkeit vorhanden ist, die gesamte durchströmte Fläche zu nutzen.
  • Ein Flachrohr-Wärmeübertrager mit einem Sammler ist in der Druckschrift DE 39 36 109 A1 beschrieben. Der Wärmeübertrager weist eine Anzahl von Flachrohren auf, die unter Zwischenlage von gewellten Lamellen in gegenseitigem Abstand übereinander angeordnet sind. Jedes Flachrohr hat wenigstens einen Zuflussabschnitt und einen Rückflussabschnitt, über die ein an der Seite des Wärmeübertragers ausgebildeter Einlass mit einem an derselben Stelle des Wärmeübertragers ausgebildeten Auslass des jeweiligen Flachrohres strömungsverbunden ist, wobei die Abschnitte einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.
  • Jedes Flachrohr weist einen geradlinigen Zuflussabschnitt und einen geradlinigen Rückflussabschnitt aus, die über einen gekrümmten Abschnitt miteinander verbunden sind. Der Zuflussabschnitt und der Rückflussabschnitt eines Flachrohrs verjüngen sich jeweils endseitig in der Breite. Der gekrümmte Abschnitt weist an seinen beiden Stirnenden ebenfalls einen in der Breite verjüngten Querschnitt auf, wobei die verjüngten Querschnitte des gekrümmten Abschnitts an die verjüngten Querschnitte des Zuflussabschnitts und des Rückflussabschnitts angebracht sind.
  • Ein Problem besteht darin, dass die beidseitige Verjüngung an der Anbindung des gekrümmten Abschnitts innerhalb des gebogenen Flachrohres den Kältemitteldurchsatz verringert und somit die Wärmeübertragungs-Leistung eingeschränkt wird.
  • Des Weiteren ist ein Flachrohr mit einem Umkehrbogenabschnitt und ein damit aufgebauter Wärmeübertrager in der Druckschrift DE 103 06 848 A1 beschrieben, wobei das Flachrohr derart umgebogen ist, dass seine beiden daran anschließenden, planen Rohrabschnitte in Längsrichtung mit entgegengesetzten Durchströmungsrichtungen und mit gegeneinander mindestens in Querrichtung versetzten Längsachsen verlaufen. Der Umkehrbogenabschnitt ist derart ausgebildet, dass eine Hauptbiegeachse parallel zur Flachrohrebene und unter einem vorgegebenen Winkel zur Rohrlängserstreckung verläuft, wobei die Flachrohrebene durch die längen- und Breitenerstreckung des Flachrohrs bestimmt wird.
  • Für einen Wärmeübertrager-Rohrblock sind in der Druckschrift EP 1 036 296 B1 Flachrohre beschrieben, die wenigstens einen Umkehrbogenabschnitt aufweisen, in welchem jeweils das Flachrohr derart umgebogen ist, dass seine beiden daran anschließenden, planen Rohrabschnitte in Längsrichtung mit entgegengesetzten Durchströmungsrichtungen und mit gegeneinander mindestens in Querrichtung versetzten Längsachsen verlaufen. Der Umkehrbogenabschnitt schließt die Flachrohrquerachse einen Winkel von höchstens 45° mit einer zur Längsrichtung und Querrichtung parallelen, zu einer Stapelrichtung senkrechten Ebene ein.
  • Ein Problem der Umkehrbogenabschnitte besteht darin, dass sich darin der Querschnitt des Flachrohrs und demzufolge der Kältemitteldurchsatz verringert wird. Außerdem werden die Wandungsdicken in den Umkehrbogenabschnitten verringert. Eine durchgängige Rippenausbildung am gesamten Flachrohr ist nicht vorhanden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Biegen von Flachrohren für Wärmeübertrager und ein gebogenes Flachrohr anzugeben, die derart geeignet ausgebildet sind, dass nach dem Biegeprozess die Querschnittsfläche im Umkehrbogenabschnitt und die dortige Wanddicke nicht verringert werden. Es soll zwischen zwei parallel versetzten Flachrohren eine durchgängige Rippenausbildung gewährleistet werden.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 5 gelöst. In dem Verfahren zum Biegen von Flachrohren für Wärmeübertrager, wobei das Flachrohr mit einem Zuflussabschnitt, einem gekrümmten mittleren Bereich und einem Rückflussabschnitt zum Transport für ein Kältemittel versehen wird und der Wärmeübertrager einen Sammler aufweist, an dem mindestens zwei parallel versetzte Flachrohre mit dazwischen angeordneten Rippen jeweils beidendseitig mit dem Zuflussabschnitt und dem Rückflussabschnitt angeschlossen sind,
    werden gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 folgende Schritte durchgeführt:
    • a. Biegen des Flachrohres an der schmalen Längsseite im mittleren Bereich in einem Winkel von 180° zur Längsachse gerichtet,
    • b1. Bearbeiten des Flachrohres im Biegeradius und/oder
    • b2. Verdicken des Flachrohres im Biegeradius während des Biegens,
    wobei die gesamte Querschnittsfläche und die Dicke der Wandung des Flachrohres auch im Biegeradius beibehalten werden und wobei die Rohroberfläche und die Rohrunterfläche des Flachrohres auch im mittleren Bereich eben und parallel zueinander gerichtet ausgebildet werden.
  • Das Flachrohr wird während des Biegeprozesses in seiner Querschnittsfläche fixiert, wobei das Flachrohr mittels einer Biegevorrichtung um einen Dorn gebogen wird.
  • Beim Biegen kann das Flachrohr infolge des Rückfederns des Flachrohrs überbogen werden.
  • Des Weiteren besteht auch die Möglichkeit, das Flachrohr kalt, also bei Raumtemperatur, bei ca. 20°C, zu biegen, wobei es zweckmäßig ist, die vorgegebenen Biegeparameter zu verändern. Das Biegen kann in einem Temperaturbereich zwischen Raumtemperatur und einer maximalen Temperatur von 150° durchgeführt werden.
  • Durch die vorgegebene Biegegeschwindigkeit kann die Verformung der inneren Querschnittsfläche weitgehend beeinflusst werden.
  • Ein Vorteil besteht darin, dass eine Leistungsverstärkung erhalten wird, da durch die Beibehaltung der parallelen Ebene von ebener Rohroberfläche und ebener Rohrunterfläche die Rohrwandung durchgängig zur Anbindung der Rippen vorgesehen ist und somit komplett zur Wärmeübertragung genutzt werden kann.
  • In dem mit dem Verfahren hergestellten und gebogenen Flachrohr mit einem Zuflussabschnitt, einem gekrümmten mittleren Bereich und einem Rückflussabschnitt zum Transport für ein Kältemittel zur Wärmeübertragung, wobei der Wärmeübertrager einen Sammler aufweist, an dem mindestens zwei parallel versetzte Flachrohre mit dazwischen angeordneten Rippen jeweils beidendseitig mit dem Zuflussabschnitt und dem Rückflussabschnitt angeschlossen sind, ist gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 5 der mittlere Bereich des Flachrohrs mit einer ebenen Biegung um einen Winkel von 160° bis 180° versehen, wobei im gesamten Biegeradius die Querschnittsfläche und die Dicke der Wandung des Flachrohres konstant ausgebildet und die Rohroberfläche parallel zur Rohrunterfläche durchgängig im mittleren Bereich gerichtet sind.
  • Die gesamte Fläche des Flachrohres wird im Biegeradius genutzt.
  • Die Flachrohre werden im Biegeradius bearbeitet oder während des Biegeprozess im Biegeradius verdickt.
  • Als Wärmeübertrager kann ein kompakter hochwirksamer dreifachfluider Wärmeübertrager vorgesehen sein, der einen Sammler besitzt, an den das gebogene Flachrohr gemeinsam mit anderen gleichartig gebogenen Flachrohren mit den Endbereichen des Zuflussabschnitts und des Rückflussabschnitts geführt ist.
  • Die gebogenen Flachrohre können insbesondere in kombinierten CO2-/Luft-/Glykol-Wärmeübertragern eingesetzt sein, zu denen ein Kopf-Sammelrohr (Sammler) für den CO2-Fluss gehört.
  • Zur Entwicklung eines Wärmeübertragers mit einem vorgegebenen Strom/einer vorgegebenen Stromstärke für den Fluss des CO2-Kältemittels ist eine bestimmte Rohrgeometrie vorgesehen. Infolge der Biegung der Wandungsradien an der langen Seite der Rohre wird eine völlig flache Oberfläche innerhalb des mittleren Bereiches erreicht, wobei dann eine Rippe durchgängig zwischen den mittleren Bereichen zwischen zwei benachbarten untersetzten Flachrohren eingebracht werden kann.
  • Die Erfindung ermöglicht es, dass die gesamte durchströmte Querschnittsfläche durch den Flachbiegeprozess optimal ausgenutzt wird.
  • Somit kann durch die Konstruktion eine Verbesserung der Wärmeübertragungs-Leistung erhalten werden.
  • Die Erfindung eröffnet auch die Möglichkeit, thermodynamische Vorteile bei der Verlötung der Flachrohre mit den Rippen zu erreichen.
  • Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mittels mehrerer Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen, gebogenen Flachrohres und
  • 2 einen Querschnitt des gebogenen Flachrohres längs der Linie A-A in 1.
  • Im Folgenden werden die 1 und 2 gemeinsam betrachtet.
  • In 1 ist ein gebogenes Flachrohr 1 mit einem Zuflussabschnitt 2, einem gekrümmten mittleren Bereich 3 und einem Rückflussabschnitt 4 zum Transport für ein Kältemittel zur Wärmeübertragung dargestellt, wobei ein Wärmeübertrager (nicht eingezeichnet) einen Sammler aufweist, an dem mindestens zwei parallel versetzte Flachrohre mit dazwischen angeordneten Rippen jeweils beidendseitig mit dem Zuflussabschnitt 2 und dem Rückflussabschnitt 3 angeschlossen sind.
  • Erfindungsgemäß ist der mittlere Bereich 3 des Flachrohrs 1 mit einer ebenen Biegung 5 um einen Winkel von 160° bis 180° versehen, wobei im mittleren Bereich 3 die Querschnittsfläche 6 und die Dicke der Wandung 7 des Flachrohres 1 weitgehend konstant ausgebildet und die Rohroberfläche 14 parallel zur Rohrunterfläche 15 durchgängig im mittleren Bereich 3 gerichtet sind.
  • Als Kältemittel kann eine Dreifachkombination von Kohlendioxid -CO2-, Luft und Glykol eingesetzt werden.
  • Das Flachrohr 1 kann z.B. ein Multiportrohr mit einer rechteckigen Querschnittsfläche 6 bezüglich der einen Rechteckseite von 6,0mm bis 8,5mm und bezüglich der anderen dazu senkrechten Rechteckseite von 1,5mm bis 2,8mm sein, wobei das Multiportrohr 1 mittig um einen Winkel von 180° in Querrichtung gebogen ist. Das Multiportrohr 1 besitzt als Anschlüsse einen Porteingang 8 für den Zuflussabschnitt 2 und einen Portausgang 9 für den Rückflussabschnitt 4, wobei die beiden Ports 8, 9 mit dem Sammler (nicht eingezeichnet) nach einer Verlötung in Verbindung stehen.
  • Nach dem Prozess des Biegens existiert die Möglichkeit, die durchgängigen Rohroberflächen 14 und Rohrunterflächen 15 der gebogenen Flachrohre 1 als vollständige Rippenanbindungsflächen zu nutzen.
  • Das Verfahren zum Biegen von Flachrohren für Wärmeübertrager, wobei das Flachrohr 1 mit einem Zuflussabschnitt 2, einem gekrümmten mittleren Bereich 3 und einem Rückflussabschnitt 4 zum Transport für ein Kältemittel versehen wird und der Wärmeübertrager einen Sammler aufweist, an dem mindestens zwei parallel versetzte Flachrohre mit dazwischen angeordneten Rippen jeweils beidendseitig mit dem Zuflussabschnitt 2 und dem Rückflussabschnitt 4 angeschlossen sind, weist folgende Schritte auf:
    • a. Biegen des Flachrohres 1 an der schmalen Längsseite 10 im mittleren Bereich 3 in einem Winkel von 180° zur Längsachse 11 gerichtet,
    • b1. Bearbeiten des Flachrohres 1 im inneren Biegeradius 12 und/oder
    • b2. Verdicken des Flachrohres 1 im äußeren Biegeradius 13 während des Biegens,
    wobei die gesamte Querschnittsfläche 6 und die Dicke der Wandung 7 des Flachrohres 1 auch im Biegeradius 12, 13 beibehalten werden und wobei die Rohroberfläche 14 und die Rohrunterfläche 15 des Flachrohres 1 eben und parallel zueinander ausgebildet bleiben.
  • Während des Biegens kann die Dicke der Wandung 7 des Flachrohres 1 gleichbleibend eingestellt werden.
  • Das Flachrohr 1 wird während des Biegeprozesses in seiner Querschnittsfläche 6 fixiert, wobei das Flachrohr 1 mittels einer Biegevorrichtung um einen Dom gebogen wird.
  • Beim Biegen kann das Flachrohr 1 infolge des Rückfederns des Flachrohrs 1 überbogen werden.
  • Bei einem Multifluss-CO2-/Luft-/Glykol-Wärmeübertrager werden die gebogenen CO2-Flachrohre 1 nur auf einer Seite an den Ports 8, 9 fixiert, die zum Sammler gehört.
  • Die erfindungsgemäßen Flachrohre 1 weisen als Material AA 3103 oder AA6003 auf.
  • Der Vorgang des Biegens kann bei Raumtemperatur, z.B. 20°C, bei einer maximalen Betriebstemperatur von 150° C und auch dazwischen durchgeführt werden.
  • Die Erfindung ermöglicht es, dass während des Biegens eine Stauchung und auch eine Verformung in der Materialdicke der Wandung 7 des Flachrohres 1 vermieden werden. Dabei kann durch eine vorgegebene Biegegeschwindigkeit die Verformung der inneren Querschnittsfläche weitgehend beeinflusst werden, wobei es zweckmäßig ist, die Biegeparameter zu verändern.
    • 1
    Flachrohr
    2
    Zuflussabschnitt
    3
    Mittlerer Bereich
    4
    Rückflussabschnitt
    5
    Ebene Biegung
    6
    Querschnittsfläche
    7
    Wandung
    8
    Anschluss
    9
    Anschluss
    10
    Längsseite
    11
    Längsachse
    12
    Innerer Biegeradius
    13
    Äußerer Biegeradius
    14
    Rohroberfläche
    15
    Rohrunterfläche

Claims (5)

  1. Verfahren zum Biegen von Flachrohren für Wärmeübertrager, wobei das Flachrohr mit einem Zuflussabschnitt, einem gekrümmten mittleren Bereich und einem Rückflussabschnitt für ein Kältemittel versehen wird und der Wärmeübertrager einen Sammler aufweist, an dem mindestens zwei parallel versetzte Flachrohre mit dazwischen angeordneten Rippen jeweils beidendseitig mit dem Zuflussabschnitt und dem Rückflussabschnitt angeschlossen sind, gekennzeichnet im Wesentlichen durch folgende Schritte: a. Biegen des Flachrohres (1) an der schmalen Längsseite (10) im mittleren Bereich (3) in einem Winkel von 180° zur Längsachse (11) gerichtet, b1. Bearbeiten des Flachrohres (1) im inneren Biegeradius (12) und/oder b2. Verdicken des Flachrohres (1) im äußeren Biegeradius (13) während des Biegens, wobei die gesamte Querschnittsfläche (6) und die Dicke der Wandung (7) des Flachrohres (1) auch in den Biegeradien (12, 13) beibehalten werden und wobei die Rohroberfläche (14) und die Rohrunterfläche (15) des Flachrohres (1) eben und parallel zueinander gerichtet ausgebildet bleiben.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Biegen in einem Temperaturbereich zwischen Raumtemperatur und einer maximalen Temperatur von 150°C durchgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Flachrohr (1) während des Biegeprozesses in seiner Querschnittsfläche (6) fixiert wird, wobei das Flachrohr (1) mittels einer Biegevorrichtung um einen Dorn gebogen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim Biegen das Flachrohr (1) infolge des Rückfederns des Flachrohrs (1) überbogen wird.
  5. Gebogenes Flachrohr mit einem Zuflussabschnitt, einem gekrümmten mittleren Bereich und einem Rückflussabschnitt für ein Kältemittel zur Wärmeübertragung, wobei ein Wärmeübertrager einen Sammler aufweist, an dem mindestens zwei parallel versetzte Flachrohre mit dazwischen angeordneten Rippen jeweils beidendseitig mit dem Zuflussabschnitt und dem Rückflussabschnitt angeschlossen sind, nach dem Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 hergestellt, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Bereich (3) des Flachrohrs (1) mit einer ebenen Biegung (5) um einen Winkel von 160° bis 180° versehen ist, wobei im gesamten Biegeradius (12, 13) die Querschnittsfläche (6) und die Dicke der Wandung (7) des Flachrohres (1) konstant ausgebildet und die Rohroberfläche (14) parallel zur Rohrunterfläche (15) durchgängig im mittleren Bereich (3) gerichtet sind.
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