CN101821033B - 制造涡流元件的方法、实施这种方法的装置和涡流元件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制造涡流元件的方法，这种涡流元件安装在汽车热交换器的至少一个流道中，所述方法包括以下步骤：在第一个步骤中，从一个基本上连续的、平整的带材(9)，通过至少一个加工成型工序，制成至少一个基本上为蛇曲形的并带有基本上为平整的壁(2)的涡流元件(30)，其中，壁的纵向(RLR)基本上平行于带材(9)的进料方向(VSR)。-在第二个步骤中，壁段经过变形与进料方向(VSR)之间至少形成一个角度(α)，从而相对于进料方向(VSR，RLR)出现侧凹(3)，在进行第二个步骤之前，将基本上为连续的带材(9)长度剪切为涡流元件(1)的预定长度。
Description
技术领域
本发明涉及一种制造涡流元件的方法，这种涡流元件安装在汽车热交换器的至少一个流道中，所述方法包括以下步骤：在第一个步骤中，从一个基本上连续的、平整的带材，通过至少一个加工成型工序，制成至少一个基本上为蛇曲形的并带有基本上为平整的壁的涡流元件，其中，壁的纵向基本上平行于带材的进料方向。在第二个步骤中，壁段经过变形与进料方向之间至少形成一个角度α，从而相对于进料方向出现侧凹(Hinterschneidung)。
此外，发明还涉及一种实施如权利要求1到10中任一项所述方法的装置，它包括至少一个辊组，用于对带材、特别是薄板坯进行连续加工变形以形成一个基本上为蛇曲形并带有基本上为平整的壁的涡流元件；它还包括至少一个带的装置，用于使壁段变形，与进料方向之间至少形成一个角度α，从而相对于进料方向出现侧凹；它还包括一个装置，用于将涡流元件剪切达到一个预定的长度。
本发明还涉及一种利用如权利要求1到10中任一项所述的方法和/或权利要求11到14中任一项所述的装置制成的涡流元件。
背景技术
在汽车如轿车或载货车的热交换器中，输送到发动机的增压空气按照需求由一个热交换器如增压空气冷却器冷却。此外，一部分再循环例如再度与增压空气混合的废气，由一个热交换器如废气冷却器冷却。增压空气和/或废气也可由一种由增压空气冷却器和废气冷却器组合而成的热交换器冷却。
为了提高热交换效率，在热交换器、特别是增压空气冷却器和/或废气冷却器的流道中布置了涡流元件，例如波纹翅片，特别是内部波纹翅片。为此，波纹翅片被例如插入或推入到流道、特别是管中。
翅片必须进行优化，一方面提高所达到的热交换器效率，另一方面将压力损失降到最小。
例如，在未公开的DE 10 2007 014 138.8中对这种涡流元件进行了描述。在这里，翅片的结构基本上为蛇曲形，所述波浪形的结构与这种蛇曲形的结构的平面成90度偏置。
此外，在壁中制成了压入部，从而能够形成流体穿通孔。这些压入部处于一个基本垂直于涡流元件纵向的平面内。通过这种方式使侧凹沿一个基本垂直于涡流元件纵向的平面形成。
在DE 102 12 799 C1中公开了一种用于热交换器的金属空腔结构。这种空腔结构在其外侧带有散热翅片，所述翅片沿垂直于基本结构的纵向范围方向变形。在这里，散热翅片相对基本结构偏移。为此，一个梳形的成形模具被套在这个结构上，同时将一个相应的变形力同时施加到所有的并排布置的散热翅片上。
在DE 102 12 300 A1中公开了一种折叠而成的多室管。在这里它是指一种封闭的结构，它的强度大于将被插入到一个管中敞开结构的涡流元件。在DE 102 12 300 A1中，折叠而成的多室管通过一种连续的制造工艺例如旋转冲压裁减工艺制成。槽在一个平整的带材中切出或冲出。在这里，在平带材输送到管材成形机之前，在一个单独的刀位上同步进行翻边孔的冲压。因此，冲压在形成管之前进行。
在DE 201 02 056 U1中公开了一种制造用于空调通风道的板件的装置。在这里，一个带材被从卷中解开，并在连续的或在一定程度上为连续的过程中，经过阶段式的变形成为一个连续的翅片。在这里，只有梯形轮廓是平整的。接下来，在一个剪切单元中带材被分隔，然后再将带槽的带材弯成一个通道。
此外已知的是，翅片通过冲压工艺制成。但是在这个情况下，加工时间长，并且加工成本高。此外还必须为每种翅片长度提供一个单独的模具。另外，还必须提供备用模具。
此外已知的是，通过横向辗轧工艺(Querwalzprozess)制成涡流元件，例如内部波纹翅片。由于长度受限，在这种工艺中必须制造出若干短的涡流元件，然后再将它们分别插入到热交换器的管中。在这里，同样出现加工时间长、加工成本高的问题，特别是在装配过程中。此外还已知的是，翅片的平整部分通过纵向辗轧工艺
制成，然后再通过接下来的冲压工序形成垂直于翅片纵向的错位及可能的通孔的切口。但是这些工艺的节拍时间不同，从而使冲压工艺的耗时比用于制造前期只带有平整壁的涡流元件的纵向辗轧工艺长。由于原始材料厚度薄，特别是将涡流元件定尺寸剪切到一个预定的、可任意选择的长度是困难的，因为必须要将切口穿过涡流元件的区域精确地固定，以保证切口的精确性并基本上不带有毛刺，因为切口的毛刺将降低传热效率并加大压力损失。这种定尺寸剪切应该能在涡流元件的任意位置进行。由于带有侧凹和错位的涡流元件的复杂结构，使得这种剪切工序出现很多问题。
发明内容
本发明的目的是改善插入到热交换器中的涡流元件的制造方法。本发明的目的尤其是提供一种方法，用于制造在切口处基本上没有切口毛刺的涡流元件，所述涡流元件具有任意预定的长度，并具有一个基本上为蛇曲形的轮廓，这个轮廓具有基本上垂直于涡流元件纵向的切口和/或错位和压入部。
这个目的由权利要求1所述的特征实现。
本发明提供一种制造涡流元件的方法，这种涡流元件安装在汽车热交换器、特别是增压空气冷却器和/或废气冷却器的至少一个流道中。这种方法包括以下步骤：
在第一个步骤中，从一个基本上连续的、平整的带材，通过至少一个加工成型工序，制成至少一个基本上为蛇曲形的并带有基本上为平整的壁的涡流元件，其中，壁的纵向基本上平行于带材的进料方向。在第二个步骤中，壁段经过变形与进料方向之间至少形成一个角度α，从而相对于进料方向出现侧凹。在进行第二个步骤之前，将基本上为连续的带材长度剪切为涡流元件的预定长度。
在发明的一个优选实施形式中，在第一个步骤之前进行按长度剪切。通过这种方式，可以形成蛇曲形结构之前就获得涡流元件的长度。用于做出精确切口的模具固定可以特别简单地实现。
在发明的一个优选实施形式中，按长度剪切在第一个步骤和第二个步骤之间进行。通过这种方式，使剪切尽可能晚地进行，从而使接下来的变形工序不再会对切口边产生影响，并且通过这种方式可以特别有利地避免出现不精确的情况。
在发明的一个特别优选的实施例中，在壁段变形之前，在蛇曲形的涡流元件中做出至少一个切口，特别是做出角度为β的切口。角度β特别是对侧凹的切口边相对于辗轧方向的走向产生影响。通过这种方式，可以特别有利地在涡流元件中做出变形，例如用于出现涡流的流体穿流的开口，例如增压空气和/或废气或冷却介质，例如空气。通过这种方式，在压力损失增大的情况下，将加大流体的涡流和特别是通过它进行的换热。
在一个特别优选的实施形式中，角度α和/或角度β从0°到90°，优选地从0.5°到80°。
在发明的一个特别优选的实施形式中，第一个步骤是一个辗轧工艺，特别是纵向辗轧工艺。通过这种方式可以制成具有任意预定长度的涡流元件、特别是翅片。
在发明的一个优选的实施形式中，第一个步骤具有并包括2到40个中间步骤，特别是2到35个中间步骤，优选为2到30个中间步骤。在中间步骤中，带材被连续加工，使由此获得的基本平整的涡流元件的宽度比前面的中间步骤中所获得的涡流元件的宽度小。通过这种方式使带材得到适当的加工、特别是变形，使得蛇曲形结构逐渐形成，并且所获得的整个涡流元件的厚度基本相同，从而不会出现裂纹和材料变薄的现象。
在发明的一个特别优选的实施形式中，中间步骤是纵向辗轧工艺步骤。通过这种方式可特别有利地保证，涡流元件能够以任意预定的长度制成。.
在发明的一个优选实施形式中，涡流元件的厚度为0.05mm到0.35mm，优选为0.05mm到0.25mm，较佳为0.06mm到0.2mm，最好为0.06mm到0.15mm。通过这种方式，可以采用较薄的材料，从而特别有利地节省材料，并通过这种方式节省贵重的原料，从而特别有利地降低成本。
在发明的一个优选实施形式中，板条的带材从一卷材料中解开并被进一步输送，使得带材基本上是平整的。通过这种方式，可以使得带材以有利于节省空间的方式贮存，又能以基本平整的带材形式用于制成涡流元件。
此外，发明还提供一种实施如权利要求1到10中任一项所述的方法的装置。这个装置它包括至少一个辊组，用于对带材进行连续加工变形以形成一个基本上为蛇曲形并带有基本上为平整的壁的的涡流元件。至少一个具有可由一到四个辊对组成的压花辊的装置，用于使壁段变形，与进料方向之间至少形成一个角度α，从而相对于进料方向出现侧凹。至少一个装置，用于将涡流元件剪切达到一个预定的长度。用于剪切的装置布置在辊组的下位，但在压花辊的上位。在另一个实施形式中，用于实施方法的装置在设计时，将用于剪切的装置布置在压花辊之前。
在发明的一个优选的实施形式中，供料卷轴用于存放待加工的带材和/或一个张紧元件布置在一个将材料输送到辊中以及用于定向、拉紧和避免出现波纹的带材进料工位和供料卷轴之间。通过这种方式可以使缠绕成卷的带材以特别有利的方式输送到带材进料工位。
在发明的一个优选实施形式中，一个传送工位布置在压花辊工位的后面，用于将涡流元件的成品传送到下一个工位、特别是装配工位，以便将涡流元件安装到至少一个热交换器管中。通过这种方式，可以将涡流元件、特别是涡流翅片在完成制造后以特别有利的方式迅速地安装到已准备好的热交换器流道、特别是热交换器管中，优选地以推入的方式安装，并且安装成本也较低。
此外，按照发明，一种通过如权利要求1到10中任一项所述的方法和/或如权利要求11到14中任一项所述的装置制成的涡流元件，用于热交换器、特别是汽车的增压空气和/或废气冷却器。
发明的其它优选实施形式来自从属权利要求和附图。从属权利要求的内容既涉及如发明所述的涡流元件的制造方法，也涉及实施这个方法的装置，还涉及如发明所述的涡流元件、特别是涡流翅片。
附图说明
下面通过发明的实施例和附图对发明进行详细说明。其中，
图1a：一种如发明所述的涡流装置，特别是涡流翅片；
图1b：一种用于制造涡流翅片的装置的侧视图；
图2a，2b，2c，2d，2e，2f，2g：七对辊对和相应通过它们形成的板条；
图3：一种剪切装置的等轴测视图，所述装置布置在用于制造带有平坦壁的翅片的辊对之间，并布置在压花辊之前；
图4a，4b：用于做出切口及侧凹或变形的压花辊；
图5：用于形成槽和压印的另一个加工工位；
图6：另一个实施形式的侧面图，其中，与图1b不同的是，用于定尺寸剪切的工位布置在辊对之前。
具体实施方式
图1a中是一种涡流翅片1。涡流翅片1的翅片宽度为RB，翅片长度为RL。涡流翅片1基本上为蛇曲形，并具有多个谷4以及相应形成的峰，其中，谷4和峰5交替出现。
峰5基本上是一个旋转180°翅片谷4。翅片谷4及翅片峰5具有翅片压入部3，它被压入到翅片峰5或翅片谷4中。翅片压入部基本上为锥角形，特别是四棱锥形，或者在另一个实施形式中可以是长方六面体形。翅片峰5或翅片谷由翅片壁2围成。关于涡流翅片，发明在这里引用申请人未公开的专利申请DE 10 2007 014 138.8，上述专利申请因此成为本专利申请的公开内容。涡流翅片1由一种金属材料制成，例如由铝或钢如不锈钢制成。此外，涡流翅片1也可以由其它具有良好导热性的材料制成。
图1b是用于制造涡流翅片1的装置10的侧视图。相同的特征采用与前面的附图中相同的附图标号。
用于制造涡流翅片1的装置10具有一个带有线圈11的供料卷轴12。线圈11由缠绕在一起的带材组成。此外，装置10还包括一个张紧元件13、一个进料工位14、多个辊对15、一个定尺寸剪切工位16和一个带压花辊的工位18。此外，装置10还可具有一个输送带19和/或一个传送工位17，用于将带材剪切工位16剪切至预定长度之后传送到压花辊工位18。
带材被供料卷轴12解开。张紧元件13的功能是当带材进入进料工位14时，它总是被基本均匀地张紧。
在片状金属材料进入进料工位14后，板带被输送到带有辊对的工位15。在工位15，在辊对依次作用下，涡流翅片1达到翅片高度RH并形成翅片谷4和翅片5，并达到相应的翅片宽度RB，并且，在穿过带有辊对的工位15后，涡流翅片为平翅片，特别是没有翅片压入部3。在图示的实施例中，工位15具有18个辊对。在另一个实施形式中，工位15具有超过18个的辊对，而在另一个实施形式中则具有少于18个的辊对。
在工位16，涡流翅片1被定尺寸剪切到相应的所需长度。在定尺寸剪切后，涡流翅片1在其相应的翅片长度RL上仍然没有翅片压入部3。
通过传送工位17，已完成剪切的涡流翅片1输送到带压花辊的工位18。在工位18，在涡流翅片1中最终形成切口和翅片压入部3。只有在这个工序之后，涡流翅片1才具有如图1a所示的相应形状。这样制成的涡流翅片1通过输送带和供料装置19输送到一个装配工位，例如将翅片装到流道如热交换器管中。
图2a，2b，2c，2d，2e，2f和2g中是7个辊对20.1到26.1及在它们相应成形的板条20.2到26.2。相同的特征采用与前面的附图中相同的附图标号。
在图2a到2g中，翅片宽度从带材的翅片宽度RB0，经过工序21.2、22.2、23.2、24.2、25.2和26.2逐步减少，其中，翅片宽度RB1小于翅片宽度RB0，翅片宽度RB2小于翅片宽度RB1。翅片宽度RB3小于翅片宽度RB2，翅片宽度RB4小于翅片宽度RB3。同样，翅片宽度RB5小于翅片宽度RB4，翅片宽度RB6小于翅片宽度RB5。与之相反，翅片高度RH从工序20.2到工序26.2逐步增加。包括相应的辊20.1、21.1、22.1、23.1、24.1、25.1、26.1的对应辊对具有相应的辊形状，以制造出对应等级的翅片。在工序26.2之后翅片为平翅片，它还不具有翅片压入部3或侧凹和切口。
图3是剪切装置16及输送带31和压花辊18的等轴测视图。在平翅片30在定尺寸剪切工位16中剪切达到正确长度后，所制成的平翅片30通过第二输送带31朝导向件33传送。引导元件32保证了平翅片30的初步定向。通过导向件33实现了平翅片30的精确定位和精确定向。导向件33基本上呈梳子形，梳齿的尖端基本上与翅片峰5的形状对应，从而使导向件33的尖端(图未详示)能够啮合到翅片峰5上。通过这种方式使得平翅片30在输送到压花辊工位18进一步加工之前得以精确定位。在这里的示意图中可以看到第一压花辊1834和第二压花辊1835，它们共同作用使得平翅片30的形状出现变化，即在平翅片30中形成翅片压入部3以及可能的切口或其它变形，通过这种方式制成了涡流翅片1的成品。压花辊工位18及通过它形成的翅片压入部3优选地通过至少一个辊对实现，特别是通过一到四个辊对。
图4a，4b分别是一个侧截面图和一个正截面图。相同的特征采用与前面的附图中相同的附图标号。
压花辊工位18具有一个第一压花辊1834和一个第二压花辊1835。压花辊工位18及通过它形成的翅片压入部3通过至少一个辊对实现，特别是通过一到四个辊对。在第一压花辊1834和第二压花辊1835之间，所制成的平翅片30变形成为最终的涡流翅片1。图未详示的第一齿和第二齿的依次作用，使得翅片谷4及翅片峰5在横向QR上错开，所述横向与翅片纵向RLR之间的角度基本上为α。角度α从0°增大到90°，特别是从0.5°增大到80°。通过这种方式使得翅片压入部3，例如错位和/或切口或腮片和/或凹入或其它类似的形状，在平翅片30中形成，从而以这种方式制成涡流翅片1。
图5中是可另外驱动的另一个工位。相同的特征采用与前面的附图中相同的附图标号。
另外的工位50是一个旋转冲压裁减工位或滚动裁减工位。它布置在辊对工位15之前。这样，带材在经过输送之后并在制成平翅片30之前经过带有多个冲头54的冲裁辊51的加工，在制成平翅片30之前就已在带材上形成切口53或切边或冲口。
图6是用于制造涡流翅片1的装置的另一个实施形式，与图1b相比，其工位的顺序不同。相同的特征采用与前面的附图中相同的附图标号。
与图1b不同的是，带材9在经过进料工位14后在工位16中被定尺寸剪切，然后在传送工位中输送到辊对15处。在辊对15处首先制成平翅片30。在制成平翅片30之后，基本上是紧接着在压花辊18中进行涡流翅片1的最后加工。这样完成制作的涡流翅片1通过输送带19输送到装配工位，例如装配到热交换器中。
在发明的进一步改型或替代方案中，通过这种方法和/或这种装置制成纵向滚压的内翅片，它包括由一个或多个平面区域和一个或多个带有错位和/或压入部和/或切口和/或腮片和/或凹入的区域形成的组合。在这里，压花辊优选地布置在用于平翅片的辊对和定尺寸剪切工位16之间。错位和/或压入部和/或切口和/或腮片和/或凹入可以通过两种方式制成：
在一个实施形式中，压花辊一般从平翅片上抬起，只有在应形成错位和/或压入部和/或切口和/或腮片和/或凹入的区域才压到平翅片上。
在另一个实施形式中，错位和/或压入部和/或切口和/或腮片和/或凹入布置在压花辊上，在这种情况下，在压花辊的圆周上具有多个平面区，并且压花辊基本上处于连续工作状态。
在一个优选的实施形式中，至少一个内部波纹翅片通过平面区域和带有错位和/或压入部和/或切口和/或腮片和/或凹入的区域的组合被制成，在压力损失较小的情况下达到较高的效率，并且它在平面区基本上比较容易进行定尺寸剪切。
不同实施例的特征可以任意相互组合。发明也可以用于其它未在说明书中涉及的领域。
Claims (18)
1.制造涡流元件(1)的方法，所述涡流元件安装在汽车热交换器的至少一个流道中，所述方法包括以下步骤：
-在第一个步骤中，从一个连续的、平整的带材(9)，通过至少一个加工成型工序，制成至少一个为蛇曲形的并带有平整的壁(2)的涡流元件(30)，其中，壁的纵向(RLR)平行于带材(9)的进料方向(VSR)，
-在第二个步骤中，壁段经过变形与进料方向(VSR)之间至少形成一个角度α，从而相对于进料方向(VSR,RLR)出现侧凹(3)；
其特征在于，
在进行第二个步骤之前，将连续的带材(9)长度剪切为涡流元件(1)的预定长度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一个步骤之前按长度进行剪切。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按长度剪切在第一个步骤和第二个步骤之间进行。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，在壁段变形之前，在蛇曲形的涡流元件(30)中做出至少一个切口角度为β的切口。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，角度α和/或角度β从0°到90°。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，角度α和/或角度β从0.5°到80°。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一个步骤是一个辗轧工艺。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一个步骤包括2到40个中间步骤，在这些中间步骤中，带材(9)被连续加工，使由此获得的平整的涡流元件(30)的宽度(RB)比前面的中间步骤中所获得的涡流元件的宽度(RB)小。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，第一个步骤包括2到35个中间步骤。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，中间步骤是纵向辗轧工艺步骤。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，涡流元件(1,30)的厚度为0.05mm到0.35mm。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，涡流元件(1,30)的厚度为0.05mm到0.25mm。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，涡流元件(1,30)的厚度为0.06mm到0.20mm。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，涡流元件(1,30)的厚度为0.06mm到0.15mm。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，带材(9)的材料从一卷线圈(11)材料中解开并被进一步输送，使得带材(9)是平整的。
16.用于实施如权利要求1所述的方法的装置，具有
-至少一个辊组(20.1,21.1,22.1,23.1,24.1,25.1,26.1)，用于对带材(9)进行连续加工变形以形成一个蛇曲形并带有平整的壁(2)的涡流元件(30)，
-至少一个带压花辊的装置(18)，用于使壁段变形，与进料方向(VSR)之间至少形成一个角度α，从而相对于进料方向(VSR)出现侧凹(3)，
-至少一个装置(16)，用于将涡流元件(1,30)剪切达到一个预定的长度，
其特征在于，
用于剪切的装置(16)布置在压花辊(18)之前。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，一个张紧元件(13)布置在一个带材进料工位(14)和供料卷轴(12)之间。
18.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，一个传送工位(17)布置在带有压花辊(18)的工位的后面，用于将成品涡流元件(1) 或经过预加工的涡流元件(30)传送到装配工位，以便将涡流元件安装到至少一个热交换器管中。
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