DE10225812C1 - Hohlkammerprofil aus Metall, insbesondere für Wärmetauscher - Google Patents
Hohlkammerprofil aus Metall, insbesondere für WärmetauscherInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Hohlkammerprofil aus Metall, insbesondere für Wärmetauscher, bestehend aus einem stranggepreßten Grundprofil mit zwei zueinander parallelen Breitseiten und zwei Schmalseiten oder aus einem Grundprofil in Rundrohrform bzw. Koaxialrohrform, wobei im Innenraum des Grundprofils sich mindestens ein Kanal in Längsrichtung erstreckt. Das Hohlprofil besitzt aufgrund seiner quer zur Längsrichtung verformten Seiten verbesserte Wärmeübertragungseigenschaften.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Hohlkammerprofil aus Metall, insbesondere für
Wärmetauscher, bestehend aus einem stranggepressten Grundprofil, welches die
Form eines Rundrohres oder eines Koaxialrohres hat oder mit zwei zueinander
parallelen Breitseiten und zwei Schmalseiten ausgestattet ist, wobei im Innenraum
des Grundprofils sich mindestens ein Kanal in Längsrichtung erstreckt.
Diese Gestaltung eines Hohlkammerprofils für Wärmetauscher ist aus dem
deutschen Gebrauchsmuster DE 94 06 559 U1 bekannt. Dort wird auf einfache
Weise die Verformung der die Kanäle bildenden Stege beim Strangpressen
gezeigt. Die Profilierung der Stege wird nicht nachträglich, sondern beim
Strangpressen erzeugt. Hierfür wird für denjenigen Steg, der wellenförmig
profiliert werden soll mehr Strangpressmaterial angeboten, als für einen anderen
Steg, der nicht wellenförmig profiliert werden soll. Dieses vermehrte Angebot des
verpressenden Materials führt zu einer Stauchung des Materials und demgemäß zu
einer willkürlichen Verformung des zu verpressenden Steges. Damit wird auf
einfache Weise eine Vergrößerung der Oberfläche erzielt, was zu einem
verbesserten Wärmeübergang führt. Die willkürliche Verformung der Stege führt
jedoch dazu, dass ein Kanal der durch zwei verformte Stege begrenzt wird, in
Längsrichtung des Profils verengt bzw. erweitert wird. Eine solche Veränderung
des Strömungsquerschnitts führt zu Druckverlusten und damit zu einer geringeren
Wärmeaustauschleistung.
Aus der DE 100 49 987 A1 ist des Weiteren ein Kühlerrohr bekannt, welches in
regelmäßigem Abstand ringförmige Wellen aufweist, die sich radial nach außen
erstrecken und durch axiales Stauchen des zuvor glatten zylindrischen Rohres
erzeugt wurden. Zwischen den Wellen befinden sich glatte zylindrische
Rohrabschnitte. Ein solches Rohr weist aufgrund seiner vergrößerten
Außenoberfläche einen gegenüber dem glatten Rohr größeren Wärmeübergang auf.
Da jedoch der freie Strömungsquerschnitt an den Stellen des Rohres, wo eine
ringförmige Welle vorgesehen ist, vergrößert ist, treten bei dem das Rohr
durchfließenden Medium Druckverluste und damit Wärmeaustauschverluste auf.
Des Weiteren besitzt dieses Rohr den Nachteil, dass das Rohr durch das
nachträglich vorgenommene axiale Stauchen in seiner Festigkeit beeinflusst ist.
Alternativ zu stranggepressten Aluminiumrohren bzw. Mehrkammerhohlprofilen
werden aus Aluminiumblech rollgeformte Profile eingesetzt. Diese werden häufig
durch Hochfrequenzschweißen bzw. durch geeignete Verformung und ein
nachfolgendes Verlöten verschlossen. Durch den Einsatz von Turbulatoren können
die Wäremübertragungseigenschaften verbessert werden. Nachteil dieses
Verfahrens ist der hohe Aufwand für die Herstellung und Montage der
Turbulatoren. Zudem sind die gelöteten bzw. geschweißten Rohrnähte häufige
Versagungsursache bei mechanischer bzw. bei korrosiver Beanspruchung. Durch
den Einsatz stranggepresster Aluminiumprofile kann die Aufgabe nur teilweise
gelöst werden. Zwar sind die Rohrnähte erheblich stabiler, jedoch ist die Eignung
zur Wärmeübertragung durch die nur in Strangpressrichtung ausgeformten
Rohrwände und Rohrstege beschränkt. Speziell bei gasförmigen Medien, wie z. B.
Luft bei Ladeluftkühlern oder CO2 bzw. gasförmiges Kältemittel bei
Klimawärmetauschern, kann Wärme nicht optimal übertragen werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Hohlkammerprofile, insbesondere für
Wärmetauscher, zur Verfügung zu stellen, die verbesserte
Wärmeübertragungseigenschaften gegenüber herkömmlichen stranggepressten
Profilen aufweisen und auf einfache Weise herstellbar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Hohlkammerprofil aus Metall mit
den in Anspruch 1 oder 5 aufgeführten Merkmalen sowie einem Verfahren gemäß
Anspruch 8 erfüllt.
Das erfindungsgemäße Hohlkammerprofil aus Metall, insbesondere für einen
Wärmetauscher, ist aus einem Grundprofil aufgebaut, welches bevorzugt aus einer
korrosionsbeständigen, hartlötbaren Aluminiumlegierung besteht, wie
beispielsweise aus einer 1xxx-, 3xxx- oder 6xxx-Legierung. Das stranggepresste
Grundprofil besitzt eine Rundrohrform oder eine Koaxialrohrform oder eine
Flachrohrform mit zwei zueinander parallele Breitseiten und zwei diese
Breitseiten verbindende Schmalseiten. Der Innenraum des Grundprofils wird durch
mindestens einen Kanal in Längsrichtung gebildet. Senkrecht zur
Längsausrichtung des Grundprofils sind gegenüberliegenden Seiten verformt,
wobei sich linksgerichtete Profilierungen und rechtsgerichtete Profilierungen
abwechseln. Diese Profilierungen sind so aufeinander abgestimmt, dass sich die
Breite des Grundprofils über die gesamte Längsausdehnung nicht verändert.
Nach der Erfindung werden bei einem Flachrohrprofil solche Verformungen
sowohl an den Schmalseiten als auch an den von Breitseite zu Breitseite des
Grundprofils sich erstreckenden, mehrere Kanäle bildenden Stege vorgesehen. In
jedem Fall sind die Profilierungen der Schmalseiten und der Stege gleichförmig
ausgebildet. Dies wird dadurch erreicht, dass alle Verformungen gleichzeitig und
in gleicher Weise vorgenommen werden. Wird beispielsweise eine wellenförmige
Verformung in der Längsausdehnung des Grundprofils vorgesehen, wobei sich
quer zur Längsausdehnung die linksgerichteten und rechtsgerichteten
Profilierungen abwechseln, greifen die Wellenberge des wellenförmigen Verlaufs
eines jeden Steges und der beiden Schmalseiten in die entsprechenden Wellentäler
der wellenförmigen Verformung der jeweils benachbarten Stege oder Schmalseiten
ein.
Bei einem Rohrprofil, insbesondere einem Koaxialrohr mit mehreren Kanälen in
Längsrichtung, werden solche Verformungen sowohl an den Außenseiten als auch
an den die Kanäle bildenden Stege vorgesehen. In jedem Fall sind auch hier die
Profilierungen der Außenseiten und der Stege gleichförmig ausgebildet.
Es kann in bevorzugter Weise dafür gesorgt werden, dass die Amplituden des
wellenförmigen Verlaufs der verformten Seiten und der Stege im gesamten
Hohlkammerprofil gleich groß sind, ebenso kann dies für die Wellenlängen der
Verformung vorgesehen werden. Es ist zur Erzielung einer hohen Konvektion bei
gleichbleibend gutem Wärmeübergang jedoch nicht notwendig, dass der
wellenförmige Verlauf der Verformungen mit unveränderter Wellenlänge und
gleich großer Amplitude vorliegt. Ändert sich jedoch Wellenlänge oder Amplitude
eines solchen wellenförmigen Verlaufs einer Verformung, so muss dies in gleicher
Weise für die benachbarten Stege wie auch für die Seiten zutreffen, damit sich in
keinem Fall zwei benachbarte Wandungen einander nähern. Der
Strömungsquerschnitt der Kanäle wird durch die Verformungen nicht verändert.
Die Verformungen stellen jedoch für das das Profil durchströmende Gas bzw. den
Flüssigkeitsstrom Turbulenzen dar, die vergleichbar sind mit bekannten
einsetzbaren Turbulatoren. Ein solches verwelltes Profil kann sowohl zur
Erhöhung der Wärmeaustauschleistung eines Gasstromes als auch eines
Flüssigkeitsstromes eingesetzt werden, wobei die Wirkung beim Flüssigkeitsstrom
jedoch im allgemeinen geringer ist. Vorteilhafte Anwendung kann ein solches
Hohlkammerprofil als Kühler, insbesondere als CO2-Gaskühler oder als
Ladeluftkühler für Kraftfahrzeuge, finden.
Das erfindungsgemäße Hohlkammerprofil weist gegenüber den vorbekannten
stranggepressten Profilen mit parallel verlaufenden Stegen und unverformten
Schmalseiten eine höhere Leistung auf, da bei gleich gutem Wärmeübergang durch
die Turbulenzen, die mittels der Verformung der Stege und Schmalseiten quer zum
Gas- bzw. Flüssigkeitsstrom erzeugt werden, zusätzlich eine bessere Konvektion
erzielt wird.
Ein solches Hohlkammerprofil kann auf einfache Weise hergestellt werden. Im
ersten Verfahrensschritt wird durch Strangpressen ein Hohlprofilstrang,
beispielsweise ein Rundrohrprofilstrang, ein Koaxialrohrprofilstrang oder eine
Flachrohrprofilstrang mit zwei zueinander parallelen Breitseiten sowie gewölbten
oder ebenen Schmalseiten, mit mindestens einem sich im Innenraum des
Grundprofils erstreckender Kanal erzeugt. Der aus der Umformzone der
Strangpresse austretende und heiße Hohlprofilstrang wird durch ein sich
oszillierend bewegendes Verformungswerkzeug definiert in Schwingung versetzt
und verformt. Der verformte Hohlprofilstrang kann dann auf die gewünschte
Länge eines Hohlkammerprofils abgelängt und bedarfsweise mit Prägungen an den
Rohrenden versehen werden. Diese Prägungen dienen einem einfachen
Einschieben in die Sammelrohre und einer einwandfreien Verlötung zu einem
Wärmetauscher.
In bevorzugter Weise wird der aus der Umformzone austretende und heiße
Hohlproflistrang durch ein sich senkrecht zur Austrittsrichtung des Profilstrangs
oszillierend bewegendes Verformungswerkzeugs beaufschlagt. Dabei werden
gleichzeitig sowohl die Schmalseiten des Flachrohrprofils bzw. die Außenseiten
des Rundrohrprofiles als auch die eventuell vorhandenen Stege verformt.
In einer besonderen Ausführungsform weisen die Verformungen an den Seiten und
an den Stegen einen in Längsrichtung des Grundprofils wellenförmigen Verlauf
auf. Die Wellenlänge eines solchen wellenförmigen Verlaufes ist in bevorzugter
Weise für einen Hohlprofilstrang unverändert. Dies wird dadurch erreicht, dass die
Ozillationsfrequenz des Verformungswerkzeuges an die
Strangaustrittsgeschwindigkeit des Hohlprofilsstrangs angepasst wird. Bei der
Herstellung von Mehrkammerhohlprofilen werden Strangpressgeschwindigkeiten
von 15 bis 200 m/min, vorzugsweise 60 bis 150 m/min verwendet. Die
Wellenlängen der wellenförmigen Verformungen des Profilsstrangs können in der
Größenordnung 1 bis 100 mm liegen.
Die Verformung des Flachrohrprofilstranges, d. h. die Auslenkung erfolgt
vorzugsweise in Richtung der Rohrbreite, so dass die Breitseiten ihren parallelen
Verlauf beibehalten und nicht verformt werden. Dies hat den Vorteil, dass bei der
nachfolgenden Verarbeitung zum Wärmetauscher eine einfache Montage,
insbesondere die Verbindung mit Kühllamellen und Sammelrohren, erfolgen kann.
Es ist jedoch auch möglich, zwei Schwingungsebenen getrennt voneinander zu
steuern und somit zirkulare Verwellungen zu erzeugen. dies kann insbesondere bei
einem Rundrohrprofil oder einem Koaxialrohrprofil vorteilhaft sein.
Die oszillierende Bewegung des Verformungswerkzeuges erzeugt eine
Auslenkkraft quer zur Austrittsrichtung des Hohlprofilstranges. Diese Auslenkung
kann durch mechanische Druck- und Schubkräfte bewirkt werden. Ebenso ist eine
elektromagnetische Auslenkung des Hohlprofilstranges möglich. Eine besonders
schonende Beaufschlagung zur Auslenkung des Hohlprofilstranges durch das
Verformungswerkzeug wird mittels eines fluiden Mediums erzielt. Hierbei können
sowohl Luft, Stickstoff als auch Wasser eingesetzt werden.
Wesentlich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass ein heißer
Hohlprofilstrang verformt wird. Dies kann dadurch erzielt werden, dass das
Verformungswerkzeug in unmittelbarer Nähe der Strangpressmatrize angeordnet
ist. So kommt es zu keiner merklichen Abkühlung des Hohlprofilstranges,
nachdem dieser aus der Strangpressmatrize austritt und dann vom
Verformungswerkzeug beaufschlagt wird. Die Temperatur des Hohlprofilstrangs
im Verformungswerkzeug sollte größer als 250°C sein, vorzugsweise mehr als
400°C, um eine deformationsarme Umformung zu ermöglichen. Wird nun der aus
der Strangpresse austretende heiße Hohlprofilstrang von dem oszillierenden
Verformungswerkzeug erfasst und ausgelenkt, wirken die Auslenkungskräfte bis
zurück in die Strangpressmatrize und beeinflussen dort den Materialfluss. Ein
solches Verformungswerkzeug lässt sich beispielsweise in einer Ausnehmung im
Gegenholm der Strangpresse anordnen.
Es ist jedoch auch denkbar, dass der aus der Strangpressmatrize austretende
Hohlprofilstrang aus der Strangpresse herausgeführt wird. In diesem Fall ist es
vorteilhaft eine entsprechende Vorrichtung zum Führen des Profilsstrangs
zwischen der Strangpresse und der Verformungsvorrichtung vorzusehen. Auch
hier wird die hohe Austrittstemperatur des Hohlprofilsstrangs benutzt, um eine
deformationsarme Umformung zu ermöglichen. Allerdings muss abgesichert sein,
dass der Hohlproflistrang im Verformungswerkzeug die gewünschte
Umformtemperatur von größer als 250°C aufweist.
In einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgesehen,
dass die Strangpressmatrize selbst als sich oszillierend bewegendes
Verformungswerkzeug wirkt. Die Strangpressmatrize oder Anlagen- und
Werkzeugkomponenten, die die Strangpressmatrize in der Strangpresse
positionieren, führen während des Strangspressvorgangs eine oszillierende
Bewegung aus.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Hohlkammerprofile mit
wellenförmigen Verformungen versehen, wobei im Gegensatz zum Stand der
Technik es sich hier jedoch um definiert herstellbare Wellenverläufe handelt, d. h.
um reproduzierbare Amplituden bzw. Wellenlängen der Verwellungen. Dadurch
wird ein Hohlkammerprofil erzeugt, welches über die gesamte Längsausdehnung
des Profils einen immer gleichbleibenden freien Strömungsquerschnitt und
gleichbleibende Wanddicken aufweist. Es wird eine Vergrößerung der
Wärmeaustauschfläche erzielt, ohne dass hohe Druckverluste im Profil auftreten
können. Gleichzeitig wird die laminare Strömung durch die Verwellungen gestört.
Diese Turbulenzen erhöhen vorteilhafterweise die Wärmeaustauschleistung des
Profils.
Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung anhand der
beigefügten Zeichnungen. Die Zeichnungen zeigen in:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen
Hohlkammerprofils,
Fig. 2 einen Querschnitt den Hohlkammerprofils gemäß Fig. 1,
Fig. 3 ein Längsschnitt durch das Hohlkammerprofil entlang Schnittlinie III-III gemäß Fig. 1
Fig. 4a die prinzipielle Darstellung einer erfindungsgemäßen
Verfahrensvariante für ein Rundrohrprofil,
Fig. 4b die prinzipielle Darstellung der erfindungsgemäßen
Verfahrensvariante nach Fig. 4a für ein Flachrohrprofil,
Fig. 5 die prinzipielle Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen
Verfahrensvariante.
In der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Hohlkammerprofil aus Metall gezeigt.
Dieses besteht vorzugsweise aus einem stranggepressten Grundprofil 10 aus
Leichtmetall. Dieses Grundprofil 10 weist mindestens einen in Längsrichtung des
Grundprofils 10 ausgerichteten Kanal 11 auf, vorzugsweise mehrere Kanäle 11.
Diese Kanäle 11 werden durch die Wandung 12 bzw. durch die Stege 13 begrenzt.
Das Grundprofil 10 kann des weiteren an den Innenseiten der Wandung 12
angeordnete und in die Kanäle 11 weisende, parallel zu den Stegen 13 verlaufende
Stegansätze besitzen, die hier nicht gezeigt werden. Wie den Fig. 1 und 2 zu
entnehmen ist, besitzt das Grundprofil 10 zwei zueinander parallelen Breitseiten
16, 17, die eine ebene Ober- und Unterseite des Profils bilden. Dies ist bei einer
Anwendung des Profils als Wärmetauscherprofil von Vorteil. Es ermöglicht eine
einfache Montage und Verbindung mit den auf der Oberseite und Unterseite des
Grundprofils 10 angeordneten Kühllamellen.
Ein erfindungsgemäßes Hohlkammerprofil kann auch die Form eines Rundrohres
oder eines Koaxialrohres zeigen und ein oder mehrere in Längsrichtung des Profils
ausgerichtete Kanäle aufweisen.
Die zur Erhöhung der Wärmeaustauschleistung des Profils vorgesehenen
Verwehungen betreffen hier ausschließlich die Schmalseiten 18, 19 und die Stege
13. Die Schmalseiten 18, 19 sind senkrecht zur Längsausrichtung des Grundprofils
verformt, wobei sich linksgerichtete Profilierungen 21 und rechtsgerichtete
Profilierungen 22 bei den beiden Schmalseiten 18, 19 und auch bei den Stegen 13
einander abwechseln. Wie insbesondere aus der Fig. 3 zu ersehen ist, besitzt das
Grundprofil 10 eine Breite B, die trotz der Verwellungen an jeder Stelle der
Längsausdehnung gleich groß ist. Dies deshalb, weil die beiden Schmalseiten 18,
19 in gleicher Weise profiliert sind, d. h. den gleichen wellenförmige Verlauf
aufweisen. Ebenso zeigen die Stege 13 den gleichen wellenförmigen Verlauf. An
jeder beliebigen Stelle des Grundprofils 10 ist der Abstand A zwischen zwei
benachbarten Stegen 13 gleich groß. Auch der Abstand C zwischen der
Schmalseite 18 und dem ersten Steg 13' sowie der Abstand D zwischen der
Schmalseite 19 und dem letzten Steg 13" ist konstant. Dies bedeutet, dass jeder
beliebige Querschnitt des Grundprofils 10 gemäß Fig. 1 den gleichen Querschnitt
wie in Fig. 2 zeigt, d. h. dass das Grundprofil 10 in Längsausrichtung immer den
gleichen freien Strömungsquerschnitt aufweist. Es treten demzufolge bei dem
erfindungsgemäßen Grundprofil 10 trotz der Verwellungen keine hohen
Druckverluste auf, da keine die Strömung beeinflussenden Widerstände vorhanden
sind.
Das in den Fig. 1 und 3 gezeigte Grundprofil 10 zeigt in vorteilhafter Weise
eine Verformung der Schmalseiten 18, 19 und der Stege 13, die in Längsrichtung
einen wellenförmigen Verlauf zeigen, wobei diese Wellen gleiche Wellenlänge
aufweisen. Die Profilierungen 21, 22 der Schmalseiten 18, 19 und der Stege 13
stimmen in ihrer maximalen Auslenkung, d. h. in ihren Amplituden, überein. Eine
solche Ausgestaltung ist nicht zwingend für die Erzielung einer hohen
Wärmeaustauschleistung. Solange der freie Strömungsquerschnitt konstant bleibt,
kann der wellenförmige Verlauf auch unterschiedliche Wellenlängen oder
Amplituden aufweisen. Die vorbeschriebene Ausführung lässt sich jedoch leichter
fertigen.
Ein erfindungsgemäßes Hohlkammerprofil aus Metall mit definierten,
reproduzierbaren Verwehungen zu versehen, wird in zwei alternativen
Ausführungen des Verfahrens gemäß der Fig. 4a und 4b bzw. der Fig. 5
beschrieben.
In bekannten Weise wird durch Strangpressen ein Hohlprofilstrang 20 erzeugt.
Von der Strangpresseinrichtung ist in der Fig. 4a, 4b und 5 jeweils nur die
Strangpressmatrize 33 mit den Matrizenkammern 34, 35 gezeigt. Dabei kann es
sich bei der Strangpressvorrichtung um eine aus dem Stand der Technik bekannte
Direktstrangpresse, Indirektstrangpresse oder Conformpresse handeln. Der die
gewünschte Profilform aufweisende Profilstrang 20 wird in Austrittsrichtung 36
aus der Strangpressmatrize 33 ausgepresst. In der Ausführung nach Fig. 4a und 5
ergibt sich ein Rundrohr und in der Ausführung nach Fig. 4b ein Flachrohrprofil
mit mehreren Kanälen 11. Herkömmlicherweise wird der heiße Hohlprofilstrang
20 entlang eines Kühlbettes Weiterverarbeitungsstationen, beispielsweise zum
Beschichten, Umformen oder Ablängen, zugeführt. Bei der in Fig. 4a bzw. 4b
gezeigten Vorrichtung zeigt der Hohlprofilstrang 20 bis zu einer Führung 37 einen
geraden Profilstrangverlauf BI. An diesem geraden Profilstrangverlauf BI
schließt sich ein verformter Profilstrangverlauf BII an. Die Verformungen stellen
linksgerichtete Profilierungen 21 und rechtsgerichtete Profilierungen 22 dar, die
durch ein Verformungswerkzeug 30 bewirkt werden. Dieses
Verformungswerkzeug 30 bewegt sich in Verschieberichtung 31 um eine
linksgerichtete Profilierung 21 im Hohlprofilstrang 20 zu erzeugen und
anschließend in Verschieberichtung 32 um eine rechtsgerichtete Profilierung 22 zu
formen. Das Verformungswerkzeug 30 stellt einen Oszillator dar, der mit einer auf
die Strangpressgeschwindigkeit und damit Strangaustrittsgeschwindigkeit v
angepasste Ozszillationsfrequenz f angepasst ist, um eine wunschgemäße
Wellenlänge 1 für das Hohlkammerprofil 10 zu erzielen. Die Oszillationsfrequenz f
des Verformungswerkzeuges 30 lässt sich nach folgender Formel einstellen:
f = v/l
f = Oszillationsfrequenz in Hz (1/s),
v = Strangaustrittsgeschwindigkeit in m/s,
l = Wellenlänge in m.
v = Strangaustrittsgeschwindigkeit in m/s,
l = Wellenlänge in m.
Bei einer Strangaustrittsgeschwindigkeit von 1 m/s (60 m/min) und einer
angestrebten Wellenlänge 1 von 0,005 m (5 mm) wäre eine Oszillationsfrequenz
für das Verformungswerkzeug von f = 200 Hz einzustellen. Die
Strangpressgeschwindigkeiten v für Hohlkammerprofile, insbesondere für MP-
Profile (Multiport-Profile) oder MMP-Profile (Mikro-Multiport-Profile) liegen bei
15 bis 200 m/min, vorzugsweise 60 bis 150 m/min. Die Wellenlängen 1 der
erfindungsgemäßen wellenförmigen Verformungen liegen in der Größenordnung
von 1 bis 100 mm.
Die oszillierende Bewegung des Verformungswerkzeug 30, die beim Auftreffen
auf dem Hohlproflistrang 20 aufgrund der Krafteinwirkung eine Verformung
erzeugt, kann auf verschiedene Weise realisiert werden. Beispielsweise
elektromotorisch, durch einen Exzenterantrieb oder ein Hydrauliksystem.
Es ist auch möglich den Hohlprofilstrang 30 elektromagnetisch auszulenken.
Um eine deformationsarme Umformung zu ermöglichen, sollte die
Umformtemperatur des Hohlprofilsstrangs 20 im Verformungswerkzeug 30
mindestens 250°C betragen, vorzugsweise sollte sie jedoch größer als 400°C
sein. Ist aufgrund der Konstruktion der gesamten Produktionsanlage der gerade
Profilstrangverlauf BI so lang, dass die Temperatur des Hohlprofilstrangs 20
wesentlich unter 250°C absinkt, ist zwischen dem Austritt aus der
Strangpressmatrize 33 und dem Verformungswerkzeug 30 eine
Erwärmungsvorrichtung vorzusehen, die den Hohlprofilstrang 20 auf die
gewünschte Umformtemperatur in dem Verformungswerkzeug 30 hält. Ist der
Bereich des geraden Profilstrangsverlaufs BI sehr klein, kann auf eine solche
Erwärmung verzichtet werden.
In der Fig. 5 wird ein weiterer prinzipieller Aufbau einer Vorrichtung für ein
erfindungsgemäßes Verfahren gezeigt. Hier ist auf eine separate Führung 37
verzichtet worden. Das Verformungswerkzeug 30 übernimmt auch die Funktion
der Strangführung des Hohlprofilstrangs 20. In diesem Fall wirken jedoch die
Auslenkungskräfte, die von dem Verformungswerkzeug 30 durch Bewegung in
Verschieberichtung 31, 32 erzeugt werden, bis zurück in die Matrize 33 und
beeinflussen dort den Materialfluss. In diesem Fall existiert kein gerader
Profilstrangverlauf BI nach dem Austritt des Hohlprofilsstrangs 20 aus der
Matrize 33. Da der Hohlprofilstrang 20 bis in die Umformzone hinein im
Materialfluss beeinflusst wird, bilden sich die Profilierungen 21, 22 direkt nach
dem Austritt aus dem Werkzeug, sind also schon zwischen der Matrize 33 und
dem Verformungswerkzeug 30 vorhanden. Vorteilhafterweise sollte das
Verformungswerkzeug 30 eine Breite BIII in Austrittsrichtung 36 haben, die
mindestens dem 2-fachen der Wellenlänge 1 der wellenförmigen Profilierungen
entspricht.
Ein solches Verformungswerkzeug 30, das eine oszillierende Strangführung
darstellt, wird vorzugsweise an der Strangpresse selbst vorgesehen, insbesondere
kann ein solches Verformungswerkzeug 30 in einer Ausnehmung im Gegenholm
der Strangpresse angeordnet und geführt sein.
10
Grundprofil
11
Kanal
12
Wandung
13
,
13
',
13
" Steg
14
offene Ende von
10
15
offene Ende von
10
16
Breitseite
17
Breitseite
18
Schmalseite
19
Schmalseite
20
Hohlprofilstrang
21
linksgerichtete Profilierung
22
rechtsgerichtete Profilierung
23
Innenraum
30
Verformungswerkzeug/Oszillator
31
Verschieberichtung
32
Verschieberichtung
33
Strangpreßmatrize
34
Matrizenkammer
35
Matrizenkammer
36
Austrittsrichtung von
20
37
Führung
A Abstand benachbarter Stege
B Breite von
A Abstand benachbarter Stege
B Breite von
10
BI gerader Profilstrangverlauf
BII verformter Profilstrangverlauf
BIII Breite von
BII verformter Profilstrangverlauf
BIII Breite von
30
C Abstand Breitseite
18
und Steg
13
'
D Abstand Breitseite
D Abstand Breitseite
19
und Steg
13
"
Claims (22)
1. Hohlkammerprofil aus Metall, insbesondere für Wärmetauscher, bestehend
aus einem stranggepreßten Grundprofil (10) mit zwei zueinander parallelen
Breitseiten (16, 17) und zwei Schmalseiten (18, 19), wobei im Innenraum (23)
des Grundprofils (10) sich mindestens ein Kanal (11) in Längsrichtung des
Grundprofils (10) erstreckt,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schmalseiten (18, 19) senkrecht zur Längsausrichtung des Grundprofils
(10) verformt sind, wobei sich quer zur Längsausdehnung linksgerichtete
Profilierungen (21) und quer zur Längsausdehnung rechtsgerichtete
Profilierungen (22) an beiden Schmalseiten (18, 19) einander abwechseln und
die Breite (B) des Grundprofils (10) über die gesamte Längsausdehnung des
Grundprofils (10) gleich ist.
2. Hohlkammerprofil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im
Innenraum (23) des Grundprofils (10) von Breitseite (16) zu Breitseite (17)
sich erstreckende, mehrere Kanäle (11) bildende Stege (13) angeordnet sind
und diese Stege (13) senkrecht zur Längsausrichtung des Grundprofils (10)
ausgerichtete Profilierungen (21, 22) aufweisen, wobei der Abstand (A)
zwischen zwei benachbarten Stegen (13) und der Abstand (C) zwischen der
Schmalseite (18) und dem ersten Steg (13') sowie der Abstand (D) zwischen
der Schmalseite (19) und dem letzten Steg (13") über die gesamte
Längsausdehnung des Grundprofils (10) gleich ist.
3. Hohlkammerprofil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Profilierungen (21, 22) der Schmalseiten (18, 19) und der Stege (13) in
Längsausdehnung des Grundprofils (10) einen wellenförmigen Verlauf zeigen,
so dass das Grundprofils (10) in Längsausrichtung immer den gleichen freien
Strömungsquerschnitt aufweist.
4. Hohlkammerprofil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
der wellenförmiger Verlauf für die Schmalseiten (18, 19) und die Stege (13)
über die gesamte Längsausrichtung des Grundprofils (10) die gleiche
Wellenlänge aufweist.
5. Hohlkammerprofil aus Metall, insbesondere für Wärmetauscher, bestehend
aus einem stranggepreßten Grundprofil (10) in Rundrohrform oder
Koaxialrohrform, wobei im Innenraum (23) des Grundprofils (10) sich
mindestens ein Kanal (11) in Längsrichtung des Grundprofils (10) erstreckt,
dadurch gekennzeichnet, dass
gegenüberliegende Seiten des Grundprofils (10) senkrecht zur
Längsausrichtung des Grundprofils (10) verformt sind, wobei sich quer zur
Längsausdehnung linksgerichtete Profilierungen (21) und quer zur
Längsausdehnung rechtsgerichtete Profilierungen (22) an den Seiten einander
abwechseln und die Breite (B) des Grundprofils (10) über die gesamte
Längsausdehnung des Grundprofils (10) gleich ist.
6. Hohlkammerprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass das Grundprofil (10) aus Aluminium oder einer
Aluminiumlegierung gefertigt ist.
7. Hohlkammerprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass es als Kühler für Gas- oder Flüssigkeitsströme
Anwendung findet, insbesondere als Gaskühler oder Ladeluftkühler für
Kraftfahrzeuge.
8. Verfahren zur Herstellung eines Hohlkammerprofils aus Metall, insbesondere
für einen Wärmetauscher,
wobei durch Strangpressen ein Hohlprofilstrang (20) in Rundrohrform oder in Koaxialrohrform oder ein Hohlprofilstrang (20) mit zwei zueinander parallelen Breitseiten (16, 17) sowie gewölbten oder ebenen Schmalseiten (18, 19) und mindestens einem sich im Innenraum (23) des Grundprofils (10) erstreckenden Kanal (11) erzeugt wird, dieser Hohlprofilstrang (20) verformt wird und
anschließend das Ablängen des Profilstrangs auf die gewünschte Länge eines Grundprofils (10) vorgenommen wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
der aus der Umformzone der Strangpreßmatrize (33) austretende und heiße Hohlprofilstrang (20) durch ein sich oszillierend bewegendes Verformungswerkzeug (30) definiert in Schwingung versetzt und/oder verformt wird.
wobei durch Strangpressen ein Hohlprofilstrang (20) in Rundrohrform oder in Koaxialrohrform oder ein Hohlprofilstrang (20) mit zwei zueinander parallelen Breitseiten (16, 17) sowie gewölbten oder ebenen Schmalseiten (18, 19) und mindestens einem sich im Innenraum (23) des Grundprofils (10) erstreckenden Kanal (11) erzeugt wird, dieser Hohlprofilstrang (20) verformt wird und
anschließend das Ablängen des Profilstrangs auf die gewünschte Länge eines Grundprofils (10) vorgenommen wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
der aus der Umformzone der Strangpreßmatrize (33) austretende und heiße Hohlprofilstrang (20) durch ein sich oszillierend bewegendes Verformungswerkzeug (30) definiert in Schwingung versetzt und/oder verformt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein
Hohlprofilstrang aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung stranggepreßt
wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass an dem
unmittelbar aus der Umformzone austretenden und heißen Hohlprofilstrang
(20) durch ein sich senkrecht zur Austrittsrichtung (36) des Profilstrangs (20)
oszillierend bewegendes Verformungswerkzeug (30) gleichzeitig und gleich
starke Profilierungen (21, 22) der Schmalseiten (18, 19) und eventuell
vorhandener Stege (13) vorgenommen werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmalseiten
(18, 19) und die Stege (13) in Längsrichtung des Grundprofils (10)
gleichartige wellenförmige Verformungen erhalten.
12. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass an dem
unmittelbar aus der Umformzone austretenden und heißen Hohlprofilstrang
(20) durch das sich mindestens in zwei Schwingungsebenen bewegende
Verformungswerkzeug (30) zirkulare Verwellungen der Profilwandung (12)
vorgenommen werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass
zur Erzielung der gewünschten Wellenlänge (1) der wellenförmigen
Verformung die Oszillationsfrequenz (f) des Verformungswerkzeuges (30) an
die Strangaustrittsgeschwindigkeit (v) angepaßt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass
der Profilstrang bei Strangpreßgeschwindigkeiten (v) von 15 bis 200 m/min,
vorzugsweise 60 bis 150 m/min erzeugt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass
die Wellenlängen der wellenförmigen Verformungen des Profilstrangs (20) in
der Größenordnung von 1 bis 100 mm liegen.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass
das Verformungswerkzeug (30) den aus der Strangpressmatrize (33)
austretenden heißen Hohlprofilstrang (20) unmittelbar erfaßt, so dass die bei
der oszillierenden Bewegung des Verformungswerkzeuges auftretenden
Auslenkungskräfte bis zurück in die Strangpreßmatrize (33) wirken.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das
Verformungswerkzeug (30) in einer Ausnehmung im Gegenholm der
Strangpresse angeordnet ist.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass
der aus der Strangpresse unmittelbar austretenden Hohlprofilstrang (20) von
einer im Abstand zur Strangpreßmatrize (33) angeordneten Führung (37)
erfaßt und einem Verformungswerkzeug (30) zugeführt wird, dabei verringert
sich die Temperatur des Hohlprofilstranges (20) ausgehend von der
Austrittstemperatur an der Strangpressmatrize (33) auf eine
Umformtemperatur innerhalb des Verformungswerkzeuges (30) von
mindestens 250°C, vorzugsweise größer 400°C.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass
der aus der Strangpresse unmittelbar austretenden Hohlprofilstrang (20) von
einer im Abstand zur Strangpreßmatrize (33) angeordneten Führung (37)
erfaßt wird und vor Zuführung in ein Verformungswerkzeug (30) auf eine
Umformtemperatur von mindestens 250°C, vorzugsweise größer 400°C
erwärmt wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass
die oszillierende Bewegung des Verformungswerkzeuges (30)
elektromagnetisch bewirkt wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass
das Verformungswerkzeug (30) zur Erzielung der Verformungen am
Hohlprofilstrang (20) diesen zyklisch mit einem fluiden Medium
beaufschlagt.
22. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Strangpreßmatrize (33) selbst als sich oszillierend bewegendes
Verformungswerkzeug (30) wirkt.
Priority Applications (8)
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---|---|---|---|
DE10225812A DE10225812C1 (de) | 2002-06-11 | 2002-06-11 | Hohlkammerprofil aus Metall, insbesondere für Wärmetauscher |
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JP2004511761A JP4211038B2 (ja) | 2002-06-11 | 2003-06-06 | 特に熱交換器用の金属から成る中空室異形材 |
US10/516,852 US7726390B2 (en) | 2002-06-11 | 2003-06-06 | Hollow chamber profile made of metal, especially for heat exchangers |
EP03735565A EP1511967B1 (de) | 2002-06-11 | 2003-06-06 | Hohlkammerprofil aus metall, insbesondere für wärmetauscher |
DE50311194T DE50311194D1 (de) | 2002-06-11 | 2003-06-06 | Hohlkammerprofil aus metall, insbesondere für wärmetauscher |
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8100 | Publication of patent without earlier publication of application | ||
8304 | Grant after examination procedure | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8330 | Complete renunciation |