EP2917676B1

EP2917676B1 - Verfahren zur herstellung einer sammelleitung an einer kapillarrohrmatte

Info

Publication number: EP2917676B1
Application number: EP13814423.3A
Authority: EP
Inventors: Volker Schubert; Torsten Enders
Original assignee: Watas Warmetauscher Sachsen GmbH
Current assignee: Watas Warmetauscher Sachsen GmbH
Priority date: 2012-11-12
Filing date: 2013-11-12
Publication date: 2016-12-21
Anticipated expiration: 2033-11-12
Also published as: DE102012110824A1; EP2917676A2; WO2014071925A9; DE102012110824A9; WO2014071925A3; WO2014071925A2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Sammelleitung an einer Kapillarrohrmatte. So ein Verfahre ist aus JP 58072893 bekannt.
Es ist bekannt, Kapillarrohranschlüsse bei Kapillaren aus Metall durch Schraubverbindungen, Löten oder Schweißen herzustellen.
Die im Stand der Technik bekannten Schraubverbindungen sind jedoch nur bis zu Kapillarrohrdurchmessern von etwa 2 mm kostengünstig herstellbar.
Werden Kapillarrohre aus Kunststoffen verwendet, vor allem solche, die eine gewisse Elastizität haben, kann anstelle der obengenannten Verbindungstechniken auch mit Steckverbindungen oder geklebten Verbindungen gearbeitet werden. Solche Verbindungstechniken müssen an jedem Kapillarrohr individuell erzeugt werden. Sie eignen sich etwa bis zu Außendurchmessern von 1 mm.
Es sind Kapillarrohre bekannt, die mit ihren Außendurchmessern bis herab zu wenigen µm ausführbar sind. Solcher Art Mikrokapillaren lassen sich beispielsweise mithilfe textiltechnologischer Verfahren zu textilen Flächengebilden oder auch zu dreidimensionalen Gestricken verarbeiten. Entsprechende Vorschläge enthält DE 10 2009 018 197 A1 .
In DE 10 2009 018 197 A1 und DE 10 2011 001 915 A1 ist bereits vorgeschlagen, solcherart textile Flächengebilde als Wärmetauscher einzusetzen. Dies scheitert jedoch daran, dass eine Vielzahl an sich gleichartiger Kapillarrohre mit ihren Enden mit einer Sammelleitung verbunden werden müssen, um dem jeweiligen Wärmetauscher ein Medium zu- oder abführen zu können. Dieses Erfordernis besteht jeweils zweifach, da sowohl eine Zu- als auch eine Abflussleitung erforderlich sind.
Der besondere Vorteil der als Flächengebilde vorliegenden Kapillarrohrmatten, dass diese durch individuellen Zuschnitt an den jeweiligen Anwendungsfall anpassbar sind, ist zugleich deren größter Nachteil, da nach jedem Zuschnitt eine Vielzahl offener Kapillarrohrenden vorhanden ist, die dauerhaft dicht mit einer Sammelleitung verbunden werden müssen.
Die bisher praktizierte Herstellungsmethode von Kapillarrohrmatten mit einem mäanderförmigen Verlauf und insoweit stets nur einer Zu- und einer Ableitung würde bei der Vielzahl offener Kapillarrohrenden diese Anschlussmethode aus wirtschaftlichen Gründen ausschließen.
Es ist aus JP 04 035 926 A ein Vorschlag bekannt, ein Bündel von Mikrokapillaren in einem ringförmigen Bauteil zusammenzufassen und mithilfe einer Vergussmasse beides miteinander zu verbinden.
Der obengenannte Vorschlag ist für den Anschluss von Sammelleitungen an Kapillarrohrmatten nicht geeignet. Eine endliche Zahl von Kapillarrohrenden müsste zu einem Bündel zusammengefasst werden, was bei einer sich flächig erstreckenden Kapillarrohrmatte unmöglich ist.
Der Anschluss einer großen Zahl von Mikrokapillaren in einer linienförmigen Anordnung an einer Sammelleitung ist bisher nicht zufriedenstellend gelöst, weshalb die in DE 10 2009 018 197 A1 und DE 10 2011 001 915 A1 enthaltenen Vorschläge ohne eine Lösung dafür nicht ausführbar sind.
Für Kapillaranordnungen und Leitungskanäle kleinen Durchmessers mit einer geometrisch festen Grundordnung sind einige Vorschläge bekannt. So ist in EP 82 111 327 vorgeschlagen, Kapillaren mit etwas größerem Durchmesser durch Einsatz von kammförmigen Dichtleisten so auszurichten, dass sie im Anschlussbereich regelmäßige Abstände haben. Mit Hilfe eines einseitig geschlitzten Rohres kann dann eine Sammelleitung erzeugt werden, die in Verbindung mit den Dichtelementen den Anschluss ermöglicht. Eine weitere in EP 0 086 268 A1 beschriebene Lösung sieht vor, die Dichtelemente materialeinheitlich mit einem Zwischenstück auszuführen, wobei durch hälftiges Umklappen des Zwischenstücks die Sammelleitung ausgebildet wird, während die Dichtelemente die Kapillaren aufnehmen.
In US 4 350 374 A , DE 41 17 273 A1 und JP A 02 306 069 A sind Ausführungsformen für Sammelleitungen beschrieben, die das Vorhandensein von Kapillarrohrmatten mit einer wiederholbaren geometrischen Anordnung, wie sie bei Doppelstegplatten, eingegossenen Kapillaren und ähnlichem vorhanden sind, vorgeschlagen, wobei die Sammelleitung in den meisten Fällen an ihrem Umfang einen Schlitz geometrisch bestimmter Länge hat.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Sammelleitung an einer Kapillarrohrmatte mit unregelmäßiger Verteilung der Kapillaren vorzuschlagen, durch das eine Vielzahl vorhandener Enden von Mikrokapillaren leicht, einfach, kostengünstig und dauerhaft mit einer Sammelleitung verbindbar sind. Es ist weiter Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung für eine Sammelleitung an einer Kapillarrohrmatte mit einer Vielzahl unregelmäßig verteilter Enden von Mikrokapillaren vorzuschlagen.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, die zur Durchführung des Verfahrens und zur Realisierung der entsprechenden Anordnungen erforderlichen Mittel für die Sammelleitungen vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird gelöst für die Verfahren zur Herstellung einer Sammelleitung an einer Kapillarrohrmatte mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des unabhängigen Patentanspruches 1 in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes dieses Patentanspruches.
Nachgeordnete Patentansprüche betreffen am Anmeldetag bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung, ohne deren Schutzbereich zu beschränken.
In der nachstehenden Beschreibung, den Ausführungsbeispielen und den Patentansprüchen werden die nachstehend aufgeführten Begriffe mit folgendem Bedeutungsinhalt verwendet:

Kapillarrohrmatte - ist ein im Wesentlichen flächiges Gebilde, das Kapillarrohre enthält, die an wenigstens einem Ende mit wenigstens einer Sammelleitung verbunden sind, wobei die Verbindung der Kapillarrohre mit der Sammelleitung nach der Herstellung nicht mehr lösbar ist. Bevorzugt werden dabei Kapillarrohrmatten mit einem Durchmesser der Kapillarrohre, bei dem die übliche Herstellungsweise einer Rohrverbindung durch Schrauben, Stecken, Schweißen oder Löten nicht zufriedenstellend lösbar ist oder aus wirtschaftlichen Erwägungen nicht mehr in Frage kommt. Die Kapillarrohre sind beispielsweise Rohre mit Außendurchmessern von etwa 2 mm bis herab in den Bereich weniger µm.
Mikrokapillare - ist ein Kapillarrohr, das einen sehr kleinen Innendurchmesser hat und mit Steck-, Schraub- oder Klemmverbindungen nicht oder nur unter erheblichem Aufwand an eine Sammelleitung anschließbar ist.
Sammelleitung - ist ein Element mit einem gegenüber den Mikrokapillaren größeren Querschnitt, durch das eine endliche Zahl Enden von Mikrokapillaren zusammengefasst ist.
Leitungskanal - ist ein sich entlang eines oder mehrerer strangförmiger Formteile ausbildender Hohlraum, der mit Enden der Mikrokapillaren in Verbindung steht und in dem ein Wärmetauschermedium zirkulieren kann.

Nach der Erfindung besteht ein Verfahren zur Herstellung erfindungsgemäßer Sammelleitungen an einer Kapillarrohrmatte darin, dass zunächst an das Ende einer Kapillarrohrmatte eine Zwischenstruktur angeformt wird.
Hierzu wird das Ende einer Kapillarrohrmatte mit den offenen Enden der Mikrokapillaren so über dem Unterteil einer Form positioniert, dass die Enden der Mikrokapillaren weit in einen von der Form ausgebildeten ersten Abschnitt einer späteren Raumform hineinragen.
Bevorzugt wird dabei, dass die Kapillarrohrmatte mit den freien Enden der Mikrokapillaren den ersten Abschnitt des Hohlraums vollständig überdeckt und die Enden der Mikrokapillaren auf der gegenüberliegenden Seite der Form wieder aufliegen.
Ein oberer Teil der Form mit einem ausgeformten zweiten Abschnitt einer Raumform wird sodann über den unteren Teil der Form positioniert und damit die Form geschlossen.
Nach dem Schließen der Form wird die entstandene Raumform mit einem Werkstoff ausgefüllt, der bevorzugt eine Gießmasse ist. Hierbei kommen sowohl extrudierbare als auch durch Schwerkraft einfüllbare Formmassen in Betracht.
Nach dem Füllen der Form und dem Erstarren der Formmasse wird die Form geöffnet und die Kapillarrohrmatte mit der angeformten Zwischenstruktur entnommen.
Durch einen Trennvorgang wird sodann ein Teil der Zwischenstruktur entfernt, wobei die in der Zwischenstruktur enthaltenen Enden der Mikrokapillaren angeschnitten werden.
Eine weitere Ausführungsform kann vorsehen, durch einen zusätzlichen Trennschnitt die in den Querschnitt der Sammelleitung ragenden Kapillarrohrenden so weit zu verkürzen, dass diese die Strömung in der Sammelleitung nicht mehr wesentlich beeinflussen. Dieser Trennschnitt kann unmittelbar während der Positionierung der Kapillarrohrmatte zur Sammelleitung erfolgen oder auch bei fest angeschlossener Sammelleitung mit Hilfe eines Spezialwerkzeuges.
Bevorzugt wird jedoch eine Anordnung der oben beschriebenen Zwischenstruktur dergestalt, dass diese in der Fläche einer vorgefertigten Kapillarrohrmatte angeordnet wird. Das heißt, auf beiden Seiten der Zwischenstruktur befindet sich nutzbare Fläche einer Kapillarrohrmatte.
In einem solchen Fall wird das Außenprofil der Zwischenstruktur so gestaltet, dass nach dem Teilen zwei vollwertige Endstrukturen von Kapillarrohrmatten vorhanden sind. Ein besonderer Vorteil ist dabei, dass bei der Herstellung der Zwischenstruktur innerhalb des Formenhohlraums kein offenes Ende eines Kapillarrohres vorhanden ist und Verstopfungen nicht zu befürchten sind.
Bei nach diesem Verfahren hergestellten Endstrukturen kann die Sammelleitung mit Hilfe eines geschlitzten hülsenförmigen Bauteils erzeugt werden, indem die Hülse aufgebogen wird, die Endstruktur der Kapillarrohrmatte zwischen die Schenkel der Hülse positioniert wird und sodann die Hülse in ihre Urform zurückkehren kann, wobei eine Restspannung verbleibt, durch die die Dichtheit gegenüber der Endstruktur der Kapillarrohrmatte erreicht wird.
Bei dem, mit einer Zwischenstruktur auszuführenden Verfahren kann ebenfalls auf verschiedene Weise eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens und seiner Merkmale erfolgen.
Es können Mehrkomponentengemische als Formmasse eingesetzt werden.
Die Zwischenstruktur kann vorteilhaft aus gummielastischen Werkstoffen erzeugt werden. Besonders vorteilhaft ist dies dann, wenn die Zwischenstruktur in ihrem Inneren eine geringe und an der äußeren Hülle eine große Shore-Härte hat.
Das Außenprofil der Zwischenstruktur kann beliebig gestaltet sein. Bevorzugt werden Profilformen, bei denen entweder zur Kapillarrohrmatte planparallele Flächen oder Flächen mit rillenförmigen Vertiefungen verwendet werden.
Durch das Teilen der Zwischenstruktur entsteht ein nicht weiter verwertbares Reststück.
Diese Ausgestaltung des Verfahrens ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Vorprodukt der Kapillarrohrmatte beispielsweise als textiles Flächengebilde in Bahnen vorliegt und die Zwischenstrukturen in bestimmten Längenintervallen einzubringen sind.
Weitere Ausgestaltungsformen können darin bestehen, dass das hülsenförmige Bauteil aus einem Federwerkstoff erzeugt ist. Ebenso, dass es sich um ein durch Urformen erzeugtes Kunststoffteil handelt, das zusätzlich zur Federwirkung auch stoffschlüssig oder mit Hilfe eines nachträglichen Vergusses gegenüber der Kapillarrohrmatte abgedichtet werden kann.
Bei dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren entsteht eine Sammelleitung im Bereich eines Endes einer Kapillarrohrmatte dergestalt, dass ein rohrförmiges Profil als Sammelleitung mit an den stirnseitigen Enden vorhandenen Öffnungen entsteht. In diese Öffnungen können angepasste und nach bekannten Verfahren des Maschinenbaus bzw. der Kunststoffverarbeitung hergestellte Endstücke eingesetzt werden. Ebenso können alle bekannten Verbindungslösungen an den Endstücken der Sammelleitungen realisiert werden, sodass spezifischen Einsatzerfordernissen jederzeit Rechnung getragen werden kann.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger Ausführungsbeispiele und Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 -: Eine zweite Ausführungsform des Anschlusses einer Sammelleitung an eine Kapillarrohrmatte und deren Lage mit einem Zwischenschritt betreffend die Herstellung einer Zwischenstruktur mit Hilfe eines Formwerkzeuges.
Fig. 3 -: Eine Kapillarrohrmatte mit angeformter Zwischenstruktur und durch einen Trennschnitt innerhalb der Zwischenstruktur geöffneten Mikrokapillaren und einem hülsenförmigen Ummantelungsteil für die Sammelleitung in einer Explosivdarstellung.
Fig. 4 -: Eine mit einer Zwischenstruktur erzeugte Sammelleitung, die durch eine zusätzliche Behandlung abgedichtet ist.
Fig. 5 -: Eine schematische Darstellung der Möglichkeit, in einem fortlaufenden Verfahren an flächenhafte Kapillarrohrmatten Zwischenstrukturen anzubringen und damit vorkonfektionierte Kapillarrohrmatten herzustellen.

Das Verfahren zur Herstellung der Sammelleitung besteht darin, dass eine Kapillarrohrmatte 16 über dem Unterteil 17 eines Formwerkzeugs so positioniert wird, dass die Enden der Mikrokapillaren zumindest in den Abschnitt 18 des Formenhohlraums hineinragen. Nach der Positionierung der Kapillarrohrmatte 16 wird durch Absenken des Oberteils 19 die Form geschlossen und nachfolgend mit einer Formmasse gefüllt. Die Formmasse kann dabei entweder eine thermoplastische Masse sein, die in die Form eingespritzt wird, oder eine Gießmasse, beispielsweise ein Reaktionsharzgemisch. Nach Aushärten der Formmasse wird das Oberteil 19 wieder abgehoben und die Kapillarrohrmatte 16 mit der dann an deren Ende befindlichen Zwischenstruktur 20 entnommen. Danach wird in einer Ebene 21 ein Trennschnitt dergestalt ausgeführt, dass ein Teil der Zwischenstruktur 20 abgetrennt und gleichzeitig alle Kapillarrohrenden abgeschnitten und damit geöffnet werden.
Wie in Fig. 1 dargestellt, wird die Kapillarrohrmatte 16 bevorzugt so eingelegt, dass ihr vorderes Ende 22 über die Form hinausragt. Damit wird vermieden, dass einzelne Mikrokapillaren Formmasse aufnehmen und dadurch vielleicht dauerhaft verschlossen werden.
Die Kapillarrohrmatte mit der nun vorhandenen Endstruktur 23 hat an ihrer Vorderseite 24 offene Enden 25 von Mikrokapillaren.
Die Kapillarrohrmatte mit der nun vorhandenen Endstruktur 23 hat an ihrer Vorderseite 24 offene Enden 25 von Mikrokapillaren.
Für die zu erzeugende Sammelleitung wird sodann ein hülsenförmiges Bauteil 26 verwendet, das federnde Eigenschaften besitzt und mit seiner Öffnung 27 auf die Oberseite 28 und Unterseite 29 der Endstruktur 23 einwirkt. Die Federwirkung des Bauteils 26 erzeugt an den Auflageflächen 30 und 31 der Endstruktur 23 die notwendige Presskraft, um diesen Bereich dicht zu verschließen.
Es ist möglich, die Endstruktur 23 und das Bauteil 26 partiell, insbesondere in den für die Dichtheit verantwortlichen Übergangbereichen 32 und 33, zusätzlich mit einem Verguss zu versehen. Ebenso kann die Endstruktur 23 vor der Montage des Bauteils 26 mit einem Klebstoff und/oder einer Dichtmasse überzogen werden.
Für das Bauteil 26 können alle Werkstoffe Verwendung finden, die geeignet sind, über einen längeren Zeitraum die notwendigen Anpresskräfte zur Erreichung der Dichtheit sicherzustellen. In Betracht kommen hier sowohl vorgefertigte Kunatstoffteile als auch metallische Hülsen, die bevorzugt aus Federwerkstoffen hergestellt sind.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens zur Herstellung des Anschlusses einer Kapillarrohrmatte 16 über eine daran angebrachte Zwischenstruktur 20 besteht eine Möglichkeit, das Herstellungsverfahren so auszugestalten, dass bei einer durchlaufenden Kapillarrohrmatte 16 in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen Zwischenstrukturen 20 erzeugt werden, die dann jeweils durch einen Trennschnitt zu zwei Endstrukturen 23 weiterverarbeitet werden. Diese Ausgestaltung des Verfahrens erlaubt es, quasi kontinuierlich vorgefertigte Kapillarrohrmatten zu erzeugen, die an beiden Stirnseiten jeweils eine Endstruktur 23 angeordnet haben und bei denen so durch zusätzliche Bauteile 26 Sammelleitungen für die Zu- bzw. Ableitung von einer Kapillarrohrmatte anbringbar sind. Somit besteht eine einfache Möglichkeit zur Herstellung weitgehend vorkonfektionierter Kapillarrohrmatten für häufig wiederkehrende Baugrößen und Verwendungsformen.
Die erfindungsgemäßen Verfahren sind so ausgestaltet, dass die oben beschriebenen Anordnungen in der Reihenfolge, wie beschrieben, nacheinander hergestellt bzw. montiert werden und schließlich eine Sammelleitung an einem Ende einer Kapillarrohrmatte vorhanden ist.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass sie ein Verfahren zur Herstellung von Sammelleitungen an Kapillarrohrmatten, das vor allem mit Mikrokapillaren ausgerüstet ist und die Teile zu dessen Herstellung sowie einfach und kostengünstig zu realisierende Lösungen vorschlägt.

Bezugszeichenliste

16: Kapillarrohrmatte
17: Unterteil
18: Abschnitt
19: Oberteil
20: Zwischenstruktur
21: Ebene
22: Vorderes Ende
23: Endstruktur
24: Vorderseite
25: Offene Enden von Mikrokapillaren
26: Bauteil
27: Öffnung
28: Oberseite
29: Unterseite
30: Auflagefläche
31: Auflagefläche
32: Übergangsbereich
33: Übergangsbereich

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Sammelleitung an einer Kapillarrohrmatte (16),
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Kapillarrohrmatte (16) über einem ersten Abschnitt (18) eines Hohlraums in einem Unterteil (17) einer Form dergestalt positioniert wird, dass die darin angeordneten Mikrokapillaren in etwa quer zu diesem verlaufen und wenigstens in diesen hineinragen,
durch Aufbringen eines Oberteils (19) der Form mit dem zweiten Abschnitt eines Hohlraums ein Formenhohlraum gebildet wird, in den die Kapillarrohrmatte (16) hineinragt,
der ausgebildete Hohlraum mit einem Werkstoff ausgefüllt, der Werkstoff verfestigt und eine Zwischenstruktur (20) erzeugt wird,
nach dem Öffnen der Form und Entformen der Kapillarrohrmatte (16) mit der Zwischenstruktur (20) diese mit einem Trennschnitt geteilt wird und sich in der Ebene (21) der Endstruktur (23) die offenen Enden (25) der Kapillarrohre befinden,
nachfolgend die Endstruktur (23) in Längsrichtung mit einer Hohlstruktur dergestalt verbunden wird, dass sich unter Einbeziehung der Schnittfläche des Formteils und der Hohlstruktur eine Sammelleitung ausbildet.
Verfahren zur Herstellung einer Sammelleitung an einer Kapillarrohrmatte (16) nach Patentanspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zwischenstruktur (20) in der Fläche der Kapillarrohrmatte (16) angeordnet wird
und durch einen Trennschnitt zwei einander gegenüberliegende Endstrukturen (23) erzeugt werden.
Verfahren zur Herstellung einer Sammelleitung an einer Kapillarrohrmatte (16) nach einem der Patentansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Hohlstruktur durch ein langgestrecktes hülsenförmiges und Federelastizität aufweisendes Bauteil (26) gebildet wird und dieses in einem zusätzlichen Arbeitsschritt mit dem verbleibenden Teil der Endstruktur (23) verbunden wird.
Verfahren zur Herstellung einer Sammelleitung an einer Kapillarrohrmatte (16) nach Patentanspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die an der Kapillarrohrmatte (16) verbliebene Endstruktur (23) stoffschlüssig mit dem langgestreckten hülsenförmigen Bauteil (26) verbunden wird./