DE19836015C2 - Verfahren zum Aufweiten von Rohrenden von Rohren eines Wärmetauschers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufweiten der Rohrenden von Rohren eines Wärmetauschers, wobei die Rohre einen ovalen, insbesondere flachovalen Querschnitt mit einem großen und einem kleinen Durchmesser und die aufgeweiteten Rohrenden ebenfalls einen ovalen Querschnitt mit einem großen Durchmesser und einem kleinen Durchmesser aufweisen.

Mit der EP 0 387 678 A1 ist ein Wärmetauscher und ein Verfahren zur flüssigkeitsdichten Befestigung eines Rohrbodens an Rohrenden bekannt geworden, bei dem die Rohrenden nach dem Herstellen des Rohr-Kühllamellen-Verbundes vorgeformt werden, indem ihr großer Durchmesser verkleinert und ihr kleiner Durchmesser vergrößert wird. Hierzu wird ein Drückwerkzeug verwendet, welches einen komplizierten Aufbau aufweist. Neben dem zusätzlichen Arbeitsschritt des Vorumformens und der Verwendung eines komplizierten Vorumformwerkzeugs wird als nachteilig angesehen, dass durch die Aufbauchung der Rohre deren Abstand voneinander ein gewisses Mindestmaß (Teilung) betragen muss, welches nicht unterschritten werden kann. Selbst bei flachovalen Rohren, die aufgrund ihres Querschnitts eine enge Teilung erlauben würden, ist ein relativ großer Abstand erforderlich, da ihre Enden zum Aufsetzen des Rohrbodens tulpenförmig aufgeweitet werden. Außerdem erfordert das radiale Heranfahren des Aufweitwerkzeugs für die Vorumformung einen gewissen Platz neben der Rohrreihe, wodurch bei mehrreihigen Wärmetauschern ein gewisser Mindestabstand zwischen zwei benachbarten Rohrreihen außerdem erforderlich ist. Nach dem Aufsetzen des Rohrbodens werden die Rohrenden durch Einführen eines Aufweitdorns nochmals umgeformt.

Es ist ein Verbindungsverfahren von Rohren mit Kühlblechen bekannt geworden, bei dem ein Ziehdorn nach dem Aufsetzen der Kühlbleche auf die Rohre durch die Rohre hindurchgezogen wird, wobei die Rohre zunächst in Richtung des großen Durchmessers und anschließend in Richtung des kleinen Durchmessers aufgeweitet werden. Eine Verbindung von Rohrenden mit einem Rohrboden kann mit einem derartigen Ziehdorn nicht durchgeführt werden.

Aus der DE 44 45 590 A1 ist ein Wärmetauscher und ein Verfahren zu dessen Herstellung bekannt, bei dem die Rohrenden nach dem Befestigen der Lamellen an den Rohren in die Rohrböden eingesetzt und dort dadurch befestigt werden, dass sie sowohl in Richtung des großen als auch in Richtung des kleinen Druchmessers aufgeweitet werden. Hierdurch wird ein optimaler Halt und eine gute Abdichtung erzielt.

Es ist außerdem ein Verfahren bekannt, mit dem die Aufweitung in Richtung der kleinen Achse des ovalen Rohrendes erfolgt und im gleichen Arbeitsgang eine Aufbauchung erzeugt wird, die als Ausziehverhinderung dient.

Aus der DE 27 47 275 A1 geht hervor, dass eine Aufweitung der Rohre sowohl lediglich in Richtung der kleinen Achse erfolgen kann, und aus der DE 44 45 590 A1 geht hervor, dass auch eine Aufweitung in beiden Richtungen erfolgen kann. Es ist weiterhin aus der US 5 535 821 A bekannt, in axialer Richtung der Rohre Anschlagmittel vorzusehen, die ein axiales Eindringen der Rohre in den Rohrboden verhindern. Des Weiteren ist aus der DE 195 39 969 A1 bekannt, eine Auszugsverhinderung vorzusehen, indem am Rohrende eine Sicke ausgebildet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers bereitzustellen, bei dem die Rohrenden geringeren Belastungen ausgesetzt sind.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.

Dadurch, dass nach dem Aufsetzen des Rohrbodens auf die Rohrenden gleichzeitig der große Durchmesser und der kleine Durchmesser des gesamten Rohres vergrößert werden, werden die Lamellen an den Rohren fixiert. Diese Aufweitung ist relativ klein und die Materialbeanspruchung gering. Da in den flachen Abschnitten sehr viel Material für die plastische Verformung zur Verfügung steht, können hier wesentlich größere Querschnittsverformungen vollzogen werden als in den stark gekrümmten Abschnitten. Bei dieser geringen Aufweitung fließt Material von den flachen Abschnitten zu den stark gekrümmten Abschnitten. Die Fixierung der Rohrenden im Rohrboden ist nun in Richtung des großen Durchmessers bereits abgeschlossen. Die Rohrenden müssen nun nur noch in Richtung des kleinen Durchmessers am Rohrboden fixiert werden, was durch Aufweitung in Richtung des kleinen Durchmessers erfolgt. Dies ist aber problemlos möglich, da eine derartige Umformung kein große Materialbelastung darstellt. Die Rohrenden liegen nun dicht am Rohrboden an.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der der Rohröffnung abgewandte Teil des flachen Abschnitts des Rohrendes beim Vergrößern des Durchmessers B gegen Kollabieren abgestützt. Da der flache Abschnitt nach außen ausgestülpt wird, tendiert der noch unverformte Teil des flachen Abschnitts zum Kollabieren, was durch eine radiale innere Abstützung verhindert wird, die außerdem die plastische Verformung des flachen Abschnitts unterstützt.

Schließlich ist noch vorgesehen, dass nach Beendigung der Vergrößerung des Durchmessers B auf den Durchmesser D der flache Abschnitt örtlich mit einer einen Abzug des Rohrbodens vom Rohrende verhindernden Aufweitung versehen wird. Diese Aufweitung besteht z. B. in einer zusätzlichen örtlichen Ausstülpung oder Ausbauchung des flachen Abschnitts bzw. des gesamten Rohrendes.

Beim fertigen Wärmetauscher weisen die Rohre durchgehend den gleichen großen Durchmesser auf. Die Rohrenden werden also nach dem Befestigen der Lamellen lediglich in Richtung des kleinen Durchmessers aufgeweitet. Dies hat den Vorteil, dass die Rohre des Wärmetauschers, z. B. eines KfZ-Kühlers, beim Befestigen des Rohrbodens mechanisch wenig stark beansprucht werden.

Durch die Ausgestaltung des Wärmetauschers kann das Verhältnis des großen Durchmessers C zum kleinen Durchmessers D der Rohrenden in einem Bereich größer als 2 : 1, insbesondere von 2,3 : 1 gewählt werden. Durch dieses Größenverhältnis wird insbesondere die Teilung der Rohre bestimmt. Im Netzbereich der Rohre liegt das Verhältnis der Durchmesser A : B im einem Bereich, der größer ist als 3 : 1, insbesondere bei 5,6 : 1.

Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Durchbrüche im Rohrboden von Durchzügen gebildet und es sind zwischen den Durchzügen und den Rohrenden elastische Dichtmittel vorgesehen. Diese elastischen Dichtmittel gewährleisten eine gas- und flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen den Rohrenden und dem Rohrboden. Dabei können die elastischen Dichtmittel von Kunststoff- oder Gummieinsätzen, von einer elastisch aushärtenden Dichtungspaste, z. B. Silikonpaste oder dgl. gebildet werden. Diese elastischen Dichtmittel haben den Vorteil, dass sie rückfedernd sind und den Spalt zwischen den Rohrenden und den Durchzügen mit Sicherheit verschließen.

Ein ungewolltes Lösen des Rohrbodens von den Rohrenden wird dadurch verhindert, dass der flache Abschnitt der Rohrenden auf seinem der Rohröffnung zugewandten Teil eine Auszugsverhinderung aufweist. Diese Auszugsverhinderung wird von einer örtlichen Aufweitung oder Ausbauchung des kleinen Durchmessers D gebildet.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Durchmesser des nicht aufgeweiteten Rohres größer ist als die Abmessung des elastischen Dichtmittels in dieser Richtung. Auf diese Weise wird bereits nach dem Einführen des nicht aufgeweiteten Rohres eine gewisse Abdichtung in Richtung des großen Durchmessers erzielt. Diese Abdichtung bleibt erhalten, selbst wenn das Rohrende nicht mehr in Richtung des großen Durchmessers umgeformt wird.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel im einzelnen dargestellt ist. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein in einen Rohrboden eingesetztes aufgeweitetes Rohrende;

Fig. 2 einen zum Längsschnitt der Fig. 1 orthogonalen Längsschnitt II-II durch das Rohrende; und

Fig. 3 einen Schnitt III-III durch den Durchzug des Rohrbodens, wobei lediglich ein 90° Sektor des Durchzuges dargestellt ist, in unterschiedlichen Aufweitstadien des Rohrendes.

Die Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Verbindung eines Rohrendes 1 eines Rohres 2 mit einem Rohrboden 3. Auf das Rohr 2 sind Kühllamellen 4, die lediglich andeutungsweise dargestellt sind, aufgesteckt. Der Rohrboden 3 weist einen Durchzug 5 auf, dessen Öffnung größer ist als der Querschnitt des Rohres 2 und des Rohrendes 1. Auf den Rohrboden 3 ist eine Gummidichtung 6 aufgesetzt, die einen am Durchzug 5 anliegenden, in Richtung des Rohres 2 sich erstreckenden Kragen 7 aufweist. Dieser Kragen 7 befindet sich zwischen dem Rohrende 1 und dem Durchzug 5 und stellt eine gas- und flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen dem Rohrende 1 und dem Rohrboden 3 her. In der Ansicht der Fig. 1 ist der große Durchmesser A des Rohres 2 und der große Durchmesser C des Rohrendes 1 erkennbar, wobei der Durchmesser C gleich groß ist, wie der Durchmesser A.

In Fig. 2 ist ein Schnitt II-II gemäß Fig. 1 dargestellt, wobei hier der Größenunterschied des kleinen Durchmessers B des Rohres 2 zum kleinen Durchmesser D des Rohrendes 1 deutlich erkennbar. Außerdem ist die Ausbauchung 8 deutlich erkennbar, die als Auszugsverhinderung dient. Bei der Ausbauchung 8 ist der freie Randbereich des Rohrendes 1 teilweise auf die Gummidichtung 6 aufgelegt.

Anhand der Fig. 3a bis 3c wird die Fixierung der Rohrenden 1 am Rohrboden 3 beschrieben. Nachdem die Lamellen 4 (in Fig. 3 nicht dargestellt) auf die Rohre 2 aufgeschoben worden sind, werden die Rohrenden 1 entweder ohne Zuhilfenahme eines Werkzeugs oder unter Verwendung eines Einziehwerkzeugs, in den Rohrboden 3, insbesondere in die Öffnungen der in den Durchzügen 5 sich befindenden Gummidichtungen 6 eingezogen. Die Lamellen 4 sitzen noch lose auf den Rohren 2. Das Rohrende 1 liegt jedoch in Richtung des großen Durchmessers bereits unter Vorspannung am Innenumfang der Gummidichtung 6 an und verformt diese geringfügig. In Richtung des kleinen Durchmessers ist das Rohrende 1 von der Gummidichtung 6 noch beabstandet.

Die Fig. 3b zeigt in gestrichelten Linien das Rohrende 1' nach der ersten Aufweitung. Diese erste Aufweitung, die durch Einführen eines Aufweitdornes in die betreffenden Rohre 2 erfolgt, dient zum Fixieren der Lamellen 4 an den Rohren 2. Dabei wird der ursprüngliche große Durchmesser auf den Durchmesser A und der ursprüngliche kleine Durchmesser auf den Durchmesser C aufgeweitet. Dadurch wird die Anlage des stark gekrümmten Bereiches des Rohrendes 1 an der Gummidichtung 6 erhöht. Der flache Abschnitt 11 des Rohrendes 1 weist aber nach wie vor einen Abstand zur Gummidichtung 6 auf. Der große und der kleine Durchmesser des Rohres 2 im Bereich der Lamellen 4 entspricht nach diesem Aufweitvorgang dem großen und kleinen Durchmesser des Rohrendes 1'.

In der Fig. 3c ist in gestrichelten Linien das fertig aufgeweitete Rohrende 1" dargestellt. Durch Einführen eines zweiten Aufweitdornes in das Rohrende 1' wird lediglich der flache Abschnitt 11 des Rohrendes 1' aufgeweitet. Der große Durchmesser A des Rohres 2 im Bereich der Lamellen 4 entspricht nach diesem Aufweitvorgang dem Durchmesser C im Bereich des Rohrendes 1. Der flache Abschnitt 11 des Rohrendes 1' wird jedoch so weit zum Durchmesser D aufgeweitet, dass das Rohrende 1" nunmehr flächig an der Gummidichtung 6 unter gleichmäßiger Pressung anliegt. Eine fluiddichte Verbindung zwischen Rohrende 1" und Rohrboden 3 ist nunmehr hergestellt. Es ist in Fig. 3c außerdem deutlich erkennbar, dass die Verformung im Bereich der maximalen Krümmung nur minimal und somit die auftretenden Belastungen der Rohrenden 1 sehr gering sind.

Schließlich wird gleichzeitig mit der zweiten Aufweitung gemäß Fig. 3c oder in einem weiteren Arbeitsschritt eine Auszugssicherung hergestellt, indem das Rohrende 1" im Bereich des Durchmesser D zusätzlich aufgeweitet oder der Randbereich, wie in Fig. 2 dargestellt, umgelegt wird.

Claims (5)

1. Verfahren zum Aufweiten der Rohrenden (1) von Rohren (2) eines Wärmetauschers, wobei die Rohre (2) einen ovalen, insbesondere flachovalen Querschnitt mit einem großen und einem kleinen Durchmesser und die aufgeweiteten Rohrenden (1) ebenfalls einen ovalen Querschnitt mit einem großen Durchmesser und einem kleinen Durchmesser aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst die Rohre (2) gleichzeitig auf den großen Durchmesser (A) und den kleinen Durchmesser (B) zum Fixieren der Lamellen geringfügig aufgeweitet werden und anschließend der kleine Durchmesser (B) der Rohre (2) auf den Durchmesser (D) der Rohrenden (1) vergrößert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rohrboden (3) ohne vorherige Vorumformung der Rohre (2) auf diese aufgesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Durchzüge (5) Kragen (7) einer Gummidichtung (6) eingesetzt werden und dass die Rohre (2) mittels zuvor in die in den Durchzügen (5) sich befindenden Kagen (7) eingesetzten Einführwerkzeugen in den Rohrboden (3) eingeführt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufweitung des Durchmessers (B) zum Durchmesser (D) gleichzeitig mit einer einen Abzug des Rohrbodens (3) vom Rohrende (1) verhindernden Aufweitung (8) versehen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach beendeter Vergrößerung des Durchmessers (B) zum Durchmesser (D) der flache Abschnitt (11) örtlich mit einer einen Abzug des Rohrbodens (3) vom Rohrende (1) verhindernden Aufweitung (8) versehen wird.