Wie können innovative Auslegungen der Lamellenversetzung und Zickzackform in der Serienfertigung oder bei der Maßanfertigung eingesetzt werden?
Konventionelle Lamellenrohr-Wärmeübertrager
Eine typische Antwort von ChatGPT auf die Frage nach der Herstellung herkömmlicher Lamellenrohr-Wärmeübertrager lautet:
Konventionelle Wärmeübertrager werden so gefertigt, dass die Lamellen mit definiertem Abstand nebeneinander positioniert werden. Anschließend werden die Rohre hindurchgeführt und aufgeweitet, um einen festen Sitz und verbesserten Kontakt zwischen Lamellen und Rohren zu gewährleisten.
Wärmeübertrager mit Lamellenversetzung
Für die Herstellung eines Wärmeübertragers mit Lamellenversetzung ist lediglich ein zusätzlicher Schritt erforderlich: Der Lamellenblock wird mit versetzten Lamellen aufgebaut. Alle weiteren Arbeitsschritte bleiben unverändert – die Rohre werden wie gewohnt aufgeweitet. Die Fertigung dieser Variante ist daher weitgehend mit der konventioneller Wärmeübertrager vergleichbar.
Zickzackförmige Wärmeübertrager
Bei der Herstellung der Zickzackform ergeben sich neue Herausforderungen – insbesondere durch die variierenden Kontaktformen zwischen Lamellen und Rohren sowie die exakte Zusammenführung beider Komponenten im Wärmeübertrager.
Mit einem pragmatischen, lösungsorientierten Ansatz („out of the box“) lassen sich jedoch praktikable Lösungen finden. Oft reicht bereits eine gezielte Anpassung oder Erweiterung bestehender Fertigungsschritte – insbesondere in der sogenannten „Zelle“, in der Lamellen und Rohre positioniert werden.
Das folgende Prinzip skizziert einen vollständig automatisierten Prozess zur Anordnung von Lamellen und Rohren – ohne manuelle Eingriffe. Ausgangspunkt ist eine Serien- oder Massenfertigung.
Zunächst wird ein CAD-Modell erstellt, das sämtliche relevanten Fertigungsdaten enthält. Diese Daten steuern direkt die Roboter. Man kann sich eine kombinierte Pressvorrichtung vorstellen, bei der für jedes Loch zunächst ein kreisförmiges Loch gestanzt wird. Anschließend werden Schlitze eingebracht und die Lochform zu elliptischen Öffnungen geprägt.
Sobald eine Lamelle fertiggestellt ist, setzt ein hochpräziser Kleinroboter sie in das Rohrbündel ein. Während dieser Roboter die nächste Lamelle holt, verschließt ein zweiter Roboter die zuvor eingebrachten Schlitze.
Falls nicht alle Schlitze erreicht werden können, ließe sich ein zusätzliches Bewegungssystem für den Tisch integrieren, auf dem der Wärmeübertrager steht.
Kragen oder ähnliche Elemente können entweder direkt in der Stanzstation oder in einer separaten Montagestation ergänzt werden – ohne wesentliche Verlängerung der Taktzeit. Diese Kragen könnten z. B. ellipsen- oder kreisförmig mit integrierten Schlitzen gestaltet sein.
Mögliche Herausforderungen, wie verlängerte Taktzeiten, lassen sich grundsätzlich durch Parallelisierung von Automatisierungsschritten lösen. Ein gutes Beispiel hierfür ist das Prinzip des „One Minute Exchange of Die“ – vergleichbar mit einem Boxenstopp in der Formel 1, bei dem Räderwechsel und Wartung innerhalb weniger Sekunden erfolgen.
Diese Automatisierungsschritte und ihre Integration in den Fertigungsprozess können im Rahmen eines kontinuierlichen Entwicklungs- und Optimierungsprozesses weiter verbessert werden, um technische, technologische und wirtschaftliche Fragestellungen bestmöglich zu beantworten.
Zickzackform mittels hydraulischer Presse
Dieses Verfahren orientiert sich stärker an konventionellen Methoden: Die Lamellen werden kreisförmig gestanzt, Kragen können dabei ergänzt werden. In dieser Variante sind Kragen jedoch nicht zwingend erforderlich, da der Kontakt zwischen Lamellen und Rohren durch andere Verfahren – etwa gezielte Schmelzprozesse – sichergestellt wird.
Dabei ist das unterschiedliche Schmelzverhalten von Aluminium, Kupfer und Sand entscheidend. Für jeden Prozessschritt muss die optimale Temperatur exakt definiert und präzise umgesetzt werden.
