CN113446879A - 用于板式换热器的翅片及其制造方法 - Google Patents

用于板式换热器的翅片及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于板式换热器的翅片(103)，具有带棱边的波形结构，该波形结构具有彼此平行的波顶部(131)，其中，波顶部(131)通过波腹板(132)与另一波顶部(31)连接，并且，在第一空间方向(D1)上波顶部(131)和波腹板(132)彼此相继，并且，波顶部(131)和波腹板(132)通过板材棱边(134)彼此连接。波顶部(131)具有平坦的外表面(135)。根据本发明，板材棱边(134)的外半径(R101)为0.05mm至0.18mm。还提供一种用于制造翅片(103)的方法，包括压力成型步骤，在该步骤中，将先前提供的弯曲成型的波形结构(3)成型，使得板材棱边(34)的外半径(R1)减小(R101)。

Description

用于板式换热器的翅片及其制造方法
本申请是申请号为201680058880.5、申请日为2016年10月06日、发明名称为“具用于板式换热器的翅片及其制造方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种用于钎焊的板式换热器的翅片(英文称为Fin)以及用于制造这种翅片的方法。此外，本发明涉及一种具有这种翅片的钎焊板式换热器和一种用于制造钎焊板式换热器的方法。
背景技术
翅片通常由薄的平坦板材制成，这些板材被通过压力机或其他适用于弯曲成型的工具折叠成波形结构。图2示出了通过弯曲成型形成的翅片3的示例。其具有多个在第一空间方向(D1)上彼此相随的波顶部31和波腹板32。如图11所示，在钎焊炉中的接换热器块10之后，波形结构的波顶部31与各个相邻分隔板4通过钎焊连接而面式地连接。
路径1内的翅片3满足三项任务：
一方面，通过翅片增大热交换表面。为了优化热传递，根据应用选择相邻路径中的波形结构的取向，以允许相邻路径之间的并流、交叉流、逆流或交叉逆流。
另一方面，带有波顶部的翅片通过焊接点在分隔板下方形成材料锁合的连接。翅片的波腹板吸收由内部压力作用在分隔板上的力。
此外，翅片用于将路径分成小通道，由此实现介质在路径的整个宽度上的均匀分布，从而改善了在相邻路径中流动的介质之间的热交换。
由于在翅片3的成型过程中要遵守的边界条件，例如在各个波顶部31和波腹板32之间的过渡处的板棱边34的内半径R2和外半径R1(图2)以及成型过程期间出现的公差，翅片3通常在理想的力导入方面偏离希望的理想形状。已经发现这限制了板式换热器的机械强度。外半径R1的大小由内半径R2的大小和翅片的壁厚S决定。
为了提高具有翅片的板式换热器的机械强度，DE 103 43 107 A1提出用厚板制造翅片，所述厚板或者被热挤压或者通过切削加工方法制成，以实现波顶部和波腹板的矩形形状。在此提出了关于波形结构本身的厚度与其节距、即波长和波幅之间的关系的另外的参数。切削成型的缺点在于，当在钎焊炉中焊接换热器块时通过先前的切削加工所造成的破损的翅片组织结构更多地吸收焊料，由此不利地降低了翅板材料的强度。通过热挤压制造的翅片仅具有很受限的宽度-在DE 103 43 107 A1中所示的方向D2上-具有大约四到五个的少量波顶部。另外，不能制造穿孔的或切割的几何形状。
在DE 10 2009 0 8 247 A1中，为了增加板式换热器的强度提出，设置具有多个彼此相邻布置的型材的路径。通过使用型材应增加分隔板和翅片之间的接触面。另外，在期望的角度方面，型材具有较低的制造公差，从而得到有利的力导入。然而，在路径中具有型材作为导热结构的板式换热器的生产费用增加了，因为型材必须在焊接之前彼此并排地放置道分隔板上。
发明内容
本发明的目的是，提供一种用于板式换热器的翅片及其制造方法，其确保用该翅片制造的钎焊板式换热器具有高强度并因此可用于高压用途。本发明的目的还在于，提供一种焊接板式换热器及其制造方法。
该目的通过具有权利要求1的特征的翅片、具有权利要求14的特征的钎焊板式换热器、根据权利要求6的制造翅片的方法以及根据权利要求13的制造板式换热器的方法来实现。
因此，提供一种由铝或铝合金制成的用于板式换热器的翅片，该翅片具有由板材制成的波形结构：
-具有彼此平行布置的波顶部，其中，波顶部通过波腹板与另一个波顶部连接，
-其中，在第一空间方向上，波顶部和波腹板彼此相继，
-其中，所述波顶部和波腹板通过板材棱边彼此连接，
-其中，每个板材棱边具有内半径和外半径，并且
-其中，波顶部有平坦的外表面。
根据本发明，板材棱边的外半径在0.05mm和0.18mm之间，优选在0.10mm和0.15mm之间，特别优选在0.10mm和0.12mm之间。已经表明，在钎焊炉中的焊接过程中，在板材棱边的外半径处于上述限定的区域范围中时在相邻的分隔板和翅片波顶部之间在板材棱边区域中形成由焊料构成的角焊缝，这使得能够实现从分隔板到波腹板的最佳力导入。
在本发明的范围内，通过具有多个波顶部和波腹板的翅片区段铸造在塑料中然后在垂直于波顶部和波腹板的平面中分开并且将表面打磨光滑来确定外半径。然后借助三点测量方法确定波顶部和波腹板之间的板材棱边的外半径。为此，在板材棱边的外边缘上在板材棱边打磨光滑的横截面上施加三个点，借助测量装置和显微镜确定它们彼此的位置。从求得的三个点的二维坐标计算求出外半径。
板材棱边的内半径优选为0.2mm至0.4mm，特别优选为0.3mm。
以与上述确定板材棱边外半径相同的方式确定板材棱边的内半径。与上述方法不同，测量点被施加到板材棱边的内边缘上。
翅片的壁厚以及因此波顶部和波腹板的壁厚优选为0.2mm至1.0mm。根据本发明的翅片内的波顶部和波腹板优选具有以上限定的范围内的相同壁厚。换句话说这意味着，根据本发明的翅片的波顶部和波腹板优选形成具有相同壁厚的直壁区段，其中，在每种情况下，每个波顶部通过一个锐棱边式弯曲的板材棱边与波腹板连接。
优选，翅片通过平坦金属板材的成型形成，优选仅通过在两个或更多个成型方法步骤中成型，优选根据DIN8582中描述的一个或多个成型方法形成。
最终的成型方法步骤优选是尤其根据DIN8583的压力成型，特别优选冷挤压，其中，板材棱边的外半径达到上面定义的期望范围。
优选，压力成型既不包括翅板材料的弯曲也不包括拉拔。在根据本发明的翅片的情况下，最终的压力成型方法步骤、特别是挤压步骤可以由此来识别：特别是在从波顶部到波腹板的过渡部中在板材棱边区域中的组织具有球形晶粒。优选该组织具有超过50％、特别优选超过80％、特别优选超过95％的球形形状组织晶粒。在组织显微照片中可以验证球形晶粒结构。
相比之下，仅由弯曲或切削加工制成的翅片具有细长的米粒状晶粒结构。其原因在于，为了弯曲成型和切削加工而使用轧制平的板材，其在弯曲成型和切割加工之前已经具有这种具有细长米粒状晶粒的组织结构。通过弯曲成型，这些细长晶粒可以被进一步拉伸。
通常，在压力成型步骤之后翅片的表面具有小于0.4μm(微米)的平均粗糙度Ra，大多在0.2μm至0.4μm的范围内。这些表面粗糙度值是由于根据本发明的压力成型中使用的工具造成的。作用在翅片上的工具表面(例如冲头)的表面粗糙度值在压力成型过程中被转移到翅片上。
平均粗糙度Ra说明测量点(在表面上)到中心线的平均距离。中心线在参考路段内与真实轮廓相交，因此轮廓偏差(相对于中心线)的总和最小化。平均粗糙度Ra因此对应于与中心线的绝对偏差的算术平均值。借助于最终的压力成型方法步骤，翅片表面的平均粗糙度与仅通过弯曲成型制成的翅片的表面相比减小，无论是否拉拔伸材料。通过弯曲成型形成的翅片的表面平均粗糙度Ra约为10μm。
优选，翅片通过随后跟随压力成型步骤的弯曲成型步骤形成。在弯曲成型步骤中，优选根据DIN8586，使优选平坦的金属板材产生具有至少一个具有波腹板和波顶部的波形结构。
本发明中的弯曲成型可以包括通过围绕弯曲轴线枢转进行的纯弯曲成型也可以包括围绕弯曲轴线枢转并且带有拉拔成型步骤，其中，板材附加地在一个空间方向上被拉伸。接着优选进行压力成型方法步骤，优选冷挤压方法步骤，其中，波顶部和波腹板之间的在弯曲成型过程中形成的板材棱边的外半径被减小。板材棱边的内半径在最终的压力成型方法步骤中优选不变。下面将更详细地解释该进一步优选的制造方法。
优选，在根据本发明的翅片中，波顶部和波腹板是矩形的，即以90°的角度相互布置，优选P偏差小于1°，特别优选小于0.5°。由此引起，根据本发明的翅片的波腹板彼此平行地布置。此外，所述至少一个波顶部具有平的即平坦的外表面，以便为板式换热器中的分隔板提供最佳的焊接连接表面。翅片顶部分别从一个板材棱边到相邻的板材棱边优选具有0.02毫米的最大平面度偏差。
优选，如在“钎焊铝板翅式换热器制造商协会标准”ALPEMA，2010年第三版，第9和10页中所示和所描述，翅片穿孔地和/或切割地(第二种情况在英文中也被称为，，serrated")实施。有利地，由铝或铝合金制成的翅片特别优选用根据欧洲标准的EN-AW3003合金制成。根据本发明的铝合金相应地具有铝作为主要成分，优选铝占整个合金的质量百分比为至少90％铝，特别优选至少95％铝，并且优选小于99.9％的铝，特别优选少于99％的铝。特别优选，铝合金中铝的质量份额在96.8％至99％的范围内。其他合金成分可以是选自锰，铁，铜或硅中的一种或多种。以质量百分比计，铝合金的锰含量优选在1.0％至1.5％锰的范围内。铝合金的以质量百分比计的铁含量优选小于0.7％。铝合金中的铜的质量百分比优选小于0.2％。优选，铝合金具有小于0.5％、特别优选小于0.1％质量百分比的硅含量。
本发明还包括一种钎焊板式换热器，其具有多个堆叠地并且彼此间隔开地布置的分隔板，这些分隔板形成用于间接热交换的至少两种流体的路径，其中，根据本发明，至少一个路径具有上述翅片或者具有多个上述翅片。通过通常布置在分隔板之间的侧板条(英文中Sidebars)，这些路径在侧面被限界。在分隔板通常是用板材制成的平坦分隔板，其优选和由铝或铝合金制成的翅片一样形成。
优选，在板式换热器中，分隔板和翅片波顶部之间的焊料层以恒定焊料层厚度覆盖波腹板的垂直于分隔板投影的横截面的80％以上，优选90％以上，特别优选95％以上。
采用根据本发明的翅片可以实现上述焊料覆盖几何参数，并且因此可以实现当使用EN-AW 3003铝合金作为翅片时板式换热器的超过600巴的破碎压力。
优选，板式换热器的为介质流动设置的路径全部装备有一个或多个上述翅片。在此，在优选实施例中，板式换热器在其余方面具有与开头针对图1所述的相同的构件和相同的结构。
根据本发明的板式换热器还可以用于壳中芯或者说釜中块式换热器装置，如在“钎焊铝板翅式换热器制造商协会标准”ALPEMA，2010年第三版第66页至第66页中描述和说明的。
优选，板式换热器的构件如盖板、分隔板和侧板条由铝或铝合金形成，如尤其在“钎焊铝板翅式换热器制造商协会标准”ALPEMA，2010年第三版第45和46页中所述。
也可称为分隔板材的分隔板优选具有1.0mm至3.0mm，特别优选1.2至2.5mm，特别优选1.4至1.7mm的壁厚。盖板通常设计成与换热器块内的对应分隔板相比具有更大的壁厚。因此，盖板优选具有3至12mm，特别优选5至8mm的壁厚。
本专利申请还提供一种制造用于板式换热器的翅片的方法，包括以下步骤：
a)提供由成型的、优选弯曲成型的金属板材构成的波形结构，其具有至少一个具有波腹板的波顶部，其中，波顶部和波腹板分别通过板材棱边连接，并且，板材棱边具有内半径和外半径，根据本发明，在(a)之后，特别是紧接着步骤(a)：
b)对由步骤(a)得到的波形结构的具有波腹板的至少一个波顶部进行压力成型，优选冷挤压，使得波顶部和波腹板之间的板材棱边的外半径减小。
通过减小板材棱边的外半径，实现了在钎焊炉中的焊接期间在相应的分隔板和波顶部之间的形成最佳焊料层。由此实现，分隔板和翅片波顶部之间的焊料层以恒定的焊料层厚度优选覆盖波腹板的垂直于分隔板投影的横截面的80％以上，特别优选90％以上。这确保了在板式换热器运行期间由介质压力作用在分隔板上的压力负载在波腹板的整个宽度上被最佳地引入，由此，波浪腹板的最大机械负载能力被充分利用。由此，可以实现超过600巴的破碎压力。
根据本发明制造的翅片具有高屈曲强度。由此，壁厚小于0.3mm的薄壁翅片可以被迄今的制造过程中更多的数量相互堆叠，因此可以增加板式换热器的路径数量及其高度。
优选，在步骤(a)的成型步骤之后，板材棱边的外半径大多在0.2mm至1.6mm的范围内，通常在0.4至1.4mm的范围内，在步骤b)中，在压力成型时减小到优选0.05mm至1.5mm，优选0.05mm至0.90mm，特别优选0.05mm至0.30mm，进一步优选0.05mm至0.18mm，进一步优选0.07mm至0.18mm，特别优选为0.07mm至0.12mm，进一步特别优选为0.10mm至0.12mm的外半径。
根据步骤b)的压力成型是对所提供的波形结构进行成型的过程，其中，由此尤其以这样的方式引起材料的至少一部分的塑性状态：使得材料能够从波腹板转移到板材棱边的区域。因此，在根据步骤(b)压力成型时，优选实现塑性状态，其能够使材料内晶界位移。压力成型期间的压应力可以是单轴的或多轴的。优选，根据DIN8583进行压力成型。特别优选，在根据步骤b)压力成型过程中，优选通过平面冲头(优选垂直地)从外向至少一个波顶部上施加表面压力，而进一步优选，邻接该波顶部的波腹板通过凹模侧向固定，并且特别优选，邻接该波腹板的第二和第三波顶部由凹模支撑。在此，凹模单件式或多件式构成。在本发明中特别优选作为压力成型方法使用的挤压成型中，物体的材料在压力下流动，即，塑性变形，优选高于具有0.2％塑性变形的屈服极限，该屈服极限在材料数据表中也被表示为Rp0.2[N/mm2]。该屈服极限作为Rp0.2[N/mm2]可以在根据ASTM B557M-15的拉伸试验中测量。因此，优选对材料施加至少80N/mm2的压力。在此，冲头通常将物体压入凹模或这可能穿过凹模。
优选使用冷挤压，其中没有热量从外部引入到材料中。换句话说，挤压是在环境温度下进行的，即通常在低于50℃的温度下，特别是低于40℃。冷挤压可以实现较高的形状精度。既可以使用向前挤压也可以使用向后挤压以及横向挤压。所提及的挤压方法的任意组合也是适用的。在向前挤压的情况下，材料流动指向冲头的作用方向，而在向后挤压的情况下，材料流动与冲头的作用方向相反。在横向挤压中，材料流动横向于冲头的作用方向。
优选，在按照步骤b)压力成型时，所述至少一个波顶部和波腹板成直角地布置，即相对于彼此成90°的角度，具有优选小于1°、特别优选小于0.5°的偏差，或者，如果在压力成型之前已经存在直角布置，则波顶部和波腹板保持它们的直角布置。这确保，在板式换热器运行期间由介质压力作用在分隔板上的压应力垂直地引入到波腹板中而没有作为拉力的横向载荷，由此可以充分利用波腹板的最大抗拉强度。而在将平坦金属板材弯曲成优选在步骤a)中提供的所述波形结构的弯曲成型之后，波顶部和波腹板通常不是理想地彼此成直角布置，而是具有几度角度的偏差，高达3°。
在根据步骤b)的压力成型中，波形结构优选降低高度。高度降低优选在0.4mm至1,2mm的范围内，特别优选在0.8mm至1.0mm的范围内。节距优选保持不变。在这种情况下，在压力成型期间，塑化或变得可流动的材料从波腹板和波顶部移动到波顶部和波腹板之间的板材棱边区域中，由此减小了板材棱边的外半径。
在步骤a)中提供的波形结构可以通过根据在现有技术中已知的成型方法对优选平坦的板材进行成型来获得。因此，除了提供波形结构之外，方法步骤a)还优选包括通过成型方法在先制造波形结构。这优选为根据DIN8582的成型方法。优选，板材的成型通过弯曲成型来进行。这可能包括具有直线模具运动、旋转模具运动或两种运动组合的弯曲。在提到的所有三种情况中，板材都经受弯曲。优选，根据DIN 8586进行弯曲成型。
根据本发明的用于翅片的制造方法具有以下优点：与作为初始材料的平坦板材的壁厚相比翅片的壁厚几乎不变。这对于板式换热器的与分隔板钎焊连接的翅片的强度非常重要。
利用根据本发明的方法，获得了这样一种翅片，其中，与形成初始材料的平坦板材的壁厚相比腹板的壁厚仅略微减小。通过以下公式计算壁厚减少百分比：(S1-S2)/S1)*100，其中，S1是作为初始材料的平坦板材的壁厚，S2是按照步骤(b)压力成型后的波腹板的壁厚。因此，壁厚减少百分比被定义为，根据步骤b)压力成型后的波腹板的壁厚S2(在图9中绘出)与作为初始材料的平坦板材的壁厚S1(图8中的S1)的差值除以作为初始材料的平坦板材的壁厚S1乘以100，以获得百分比。在本发明中该壁厚减少量小于10％，特别优选小于5％，特别优选小于1％。用传统的翅片仅弯曲成型方法不能实现这一点。在用于翅片的仅弯曲成型方法中，壁厚减小通常至少为20％。
利用根据本发明的方法，与作为初始材料的平坦板材的壁厚相比，有利地增加了在压力成型的金属板材棱边的区域中、即在从波顶部到波腹板的弯曲过渡区域中的翅片壁厚。根据下式计算压力成型的板材棱边区域中的壁厚增加百分比：((S3-S1)/S1)*100。在此，S3是压力成型后的弯曲边缘区域中的横向壁厚S3(图9)，S1(图8)是代表初始材料的板材的壁厚。这个壁厚增加因此被定义为，S3和S1之差除以S1乘以100，以获得增加的百分比。压力成型的板材棱边区域中的壁厚增加优选大于1％，特别优选大于5％，特别优选大于10％。采用常规的翅片弯曲成型方法不能实现板材棱边区域的壁厚增加。在根据现有技术仅用弯曲成型方法的情况下，通常在弯曲成型的板材棱边的区域中降低了板材的壁厚。
在根据本发明的用于翅片的制造方法中，在步骤a)中提供的波形结构的情况下，优选，波顶部和波腹板在第一空间方向上交替地彼此。第一空间方向优选与在将板材在步骤a)中成型为所述形成波形结构时的板材进给方向一致。优选，在按照步骤b)进行压力成型时波形结构的进给也在该第一空间方向上进行。此外优选，在成型为在步骤a)中提到的波形结构之前，在扁平轧制板材以得到平坦板材时板材的进给方向与第一空间方向一致。获得对应于。换言之这意味着，在扁平轧制期间板材的进给方向特别优选与板材在成型为在步骤a)中提到的波形结构期间的板材进给方向以及在按照步骤b)压力成型期间的波形结构进给方向相同。
优选，板材的在步骤a)中提到的成型、优选弯曲成型为波形结构和根据步骤b)的压力成型在一个装置中或两个或更多个相继布置的装置中进行。由此能够在步骤a)中提及的成型与步骤b)中描述的压力成型之间没有材料中断的情况下处理成卷的板材。由此省去波形结构化的板材的中间存储。然而，在本发明中，还可以对已经预制的具有波形结构的金属板材进行压力成型步骤b)。
特别优选，按照步骤a)将板材成型为波形结构和按照步骤b)的压力成型在没有材料流中断的情况下进行，优选在时间上相继地在同一装置中进行。在这种情况下，优选首先将具有至少一个波顶部(即一个波顶部或者例如2或3个波顶部)与对应的波腹板的板材成型为波形结构，优选通过弯曲成型，随后根据步骤b)优选以与步骤a)中的成型相同的进给方向对所述至少一个具有波腹板的波顶部进行压力成型，优选挤压。
特别优选一种方法，其中，首先通过板材的成型、优选通过弯曲成型形成具有邻接的波腹板的唯一的第一波顶部，然后在接着用压力成型、特别是通过成型、优选弯曲成型形成具有波腹板的第二波顶部之前，对该第一波顶部连同邻接的波腹板进行压力成型。换句话说，首先通过弯曲成型来预成型由波峰和邻接的波腹板构成的波，紧接着在形成下一个波之前进行压力成型。在第一波根据步骤a)成型和第一波根据步骤b)压力成型之间可以进行板材的进给，或者不设置材料进给，那么材料进给可以在第一波和第二波的成型之间进行。
根据本发明，还提供一种制造板式换热器的方法，其中，多个分隔板和翅片堆叠中交替叠置并在钎焊炉中相互钎焊，以形成方形的换热器块。根据本发明，根据上述制造方法制造至少一个翅片。优选，分隔板设置有焊料层，该焊料层特别优选通过包覆施加在分隔板上。
根据本发明制造的翅片比现有技术的仅根据弯曲成型方法折叠的翅片具有更高的屈曲强度。由此，在加工板式换热器时，分隔板和翅片可以叠成更高的堆叠，而不会使下部路径中的翅片由于上面的分隔板和翅片的重量而弯曲。关于由该制造方法制造的板式换热器的其它优点，参考上述解释。
根据本发明的翅片可以有利地用于空气分离设备、石油化工设备、氢气设备、合成气设备或天然气设备中的各种过程区段中的板式换热器。有利的是，该翅片可用于温度范围低于80℃的应用，优选用于0℃至-270℃范围内的低温应用。
附图说明
下面通过实施例更详细地解释本发明。附图示出：
图1“钎焊铝板翅式换热器标准制造商协会”ALPEMA，2010年第三版第5页中的板式换热器；
图2弯曲成型的翅片3的立体视图；
图3图2的翅片在根据本发明的压力成型步骤之后；
图4弯曲成型的、切割的翅片3的立体视图；
图5图4的翅片在根据本发明的压力成型步骤之后；
图6弯曲成型的、穿孔的翅片3的立体视图；
图7根据图6的翅片在根据本发明的压力成型步骤之后；
图8根据本发明的用于翅片的制造方法具有弯曲成型的和挤压的区段的板材的立体视图；
图9具有焊接的分隔板4的本发明翅片103的横截面；
图10图9的局部细节Y；
图11根据现有技术的具有焊接的分隔板4的弯曲成型翅片3的横截面；
图12图8的在步骤(a)之后的板材20或弯曲成型的翅片3的组织的示意图；
图13图8的根据本发明的翅片103在压力成型步骤(b)之后的结构的示意图。
具体实施方式
根据图1的板式换热器已经在本说明书的开头部分中进行了说明。根据本发明的板式换热器的优选实施方式具有与图1所示相同的结构，但这装备有至少一个前面一般性说明的或者后面参照附图3,5,7,8,9和10说明的翅片103。
图2示出现有技术的翅片3，其通过具有壁厚S1的平坦金属板材的弯曲成型而获得。翅片3具有波形结构，该波形结构具有下面的和上面的波顶部31，它们通过波腹板32彼此连接。波顶部31和波腹板32通过圆形弯曲棱边34连接，其中，弯曲棱边34分别具有外半径R1和内半径R2。弯曲棱边34的外半径R1由内半径R2和壁厚S1确定。在第一空间方向D1上，波顶部31和波腹板32交替地彼此相继。翅片3的高度H1在垂直于第一空间方向D1定向的第二空间方向D2上延伸。
在第三空间方向D3上延伸多个通道36，每个通道分别由波顶部31于邻接的波腹板32形成并且在板式换热器中通过与翅片3钎焊的分隔板4限界(图11)。通道36在板式换热器运行中被介质沿空间方向D3(或沿相反方向)流过。第三空间方向D3既垂直于第一空间方向D1又垂直于第二空间方向D2定向。
标记“P1”表示翅片3的节距。节距P1表示翅片3的在第一空间方向D1上重复的结构区段的长度。在此，它是从波腹板32的壁中心到随后的波腹板32的壁中心的距离。本发明的翅片3在壁厚S1相对大的情况下具有相对较小的节距P1并且因此具有相对较大的外半径R1。由此，波顶部31的外表面35分别只有相对较小的部分平面地构造。
图3示出根据本发明一个实施方式的翅片103。它是通过包括弯曲成型步骤和随后的压力成型步骤的制造方法形成的。下面参考图8更详细地解释该制造方法。
根据图3，根据本发明的翅片103具有锐棱边的波形结构，该结构具有沿第一空间方向D1交替地彼此相继的波顶部131和波腹板132。下面的和上面的波顶部131平面地构造并且分别彼此平行地走向，即最大偏差为1°，优选为0.5°。波腹板132分别与波顶部131成直角地布置。因此，在第二空间方向D2上延伸的波峰132也分别相互平行地走向，即最大偏差为1°，优选为0.5°。波顶131分别通过锐棱的板材棱边134与波腹板132连接。板材棱边134分别具有外半径R101和内半径R102。在铝合金情况下内半径根据欧洲标准EN-AW-3003优选为0.2mm至0.4mm并且根据本发明的外半径为0.05mm至0.18mm。节距用P101表示，通常为0.9mm至5.0mm。翅片103的高度H101可以是4.0mm至12mm。壁厚S101可以在0.2mm至1.0mm的范围内。板材棱边134的具有低于0.2mm的外半径R101的尖锐边缘轮廓通过压力成型步骤实现，其中，图2的弯曲成型的翅片3尤其在第二空间方向D2的方向上被压缩并且因此其高度降低到高度101。该高度减少通常在0.8mm和1.2mm之间。因此，不考虑由外半径R101引起的弯曲表面区域，波顶部131在其整个宽度(第一空间方向D1上延伸的宽度)上具有平坦的外表面135，用于优化通过焊接与同样平坦的、在图9和10中所示的分隔板4的连接。
图8示出了用于图3所示的翅片103的制造方法的实施方式。用于制造根据本发明的翅片103的初始材料是平坦的、光滑的金属板材20，例如由根据欧洲标准EN-AW-3003具有材料厚度或壁厚S1的铝合金。金属板材20优选从未示出的板材卷展开。平坦的金属板材20通过将铸造棒材扁平轧制而获得。因此，金属板材20的组织具有细长的晶粒21，如图2中示意性所示。
在根据本发明的制造方法的第一步骤(a)中，左边的部分图所示的平坦金属板材20通过弯曲成型成为具有一个、两个或更多个波顶部31的波形结构，这些波顶部分别具有邻接的波腹板32，如图2所示并且如上所述。为此，优选一个或多个工具在直线运动中从下方和/或上方垂直作用于金属板材20上。优选是滑动拉弯(Gleitziehbiegen)。用箭头绘出的板材20在滑动拉弯期间的进给方向D1与图2中绘出的空间方向D1一致。弯曲成型也可以通过工具的旋转运动或通过线性和旋转工具运动的组合来进行。优选，弯曲成型根据DIN8586中描述的方法进行。在根据步骤(a)弯曲成型之后，弯曲成型的翅片3的组织(图12)具有细长的米粒状组织晶粒21，和形成初始材料的金属板材20一样。在翅片3的圆形弯曲棱边34的区域中，组织晶粒也可具有弯曲，但未示出。如果弯曲成型也包括拉拔成型份额，那么晶粒21可以相对于在板材20中已有的组织进一步拉伸，即具有更大的长度，但这也没有示出。在板材20的平坦轧制中的进给方向优选与空间方向D1一致并且因此与在根据步骤(a)弯曲成型期间的进给方向D1一致。
在图8的中间部分中示出的在第一步骤(a)中形成的圆形波形结构3现在在根据本发明的制造方法的第二步骤(b)中通过压力成型进一步成型。为此，例如借助于扁平冲头(由箭头50表示)对波形结构的一个或多个波顶部31的外表面35从外部垂直施加表面压力。在压力成型期间，由波顶部31和邻接的波腹板32构成的相应波被固定在未示出的凹模中。
由于高的压应力，金属材料进入其塑性状态，在该状态中开始流动。压力成型在环境温度下进行，即在压力成型之前或压力成型过程中不从外部对金属加热。因此被称为冷挤压。在这种挤压中，金属通过流动而从拱曲的波顶部31和邻接的波腹板32转移到弯曲棱边34的区域中。由此，棱边34的外半径从原来的R1减小到R101，翅片的高度从H1被压缩或降低到H101。如图13中示意性所示，压力成型的翅片103的组织具有球形的组织晶粒121。如此制造的翅片103具有平均粗糙度Ra小于0.4μm的表面。
外径R101(返回图8)在压力成型步骤后优选小于0.18mm，特别优选小于0.15mm。在压力成型时的进给方向如在弯曲成型时一样沿空间方向D。因此波形结构的压力成型主要在空间方向D2上。
在所示的实施方式中，弯曲成型步骤(a)和压力成型步骤(b)优选不中断材料流地在同一装置中在时间上先后进行。
根据图8的本发明制造方法的结果是以上在图3中已经描述的翅片103。
根据本发明的翅片103用于制造如上参考图1所述的板式换热器。代替在图1中设置有附图标记2和3的翅片，使用根据图3的翅片103。
两侧被钎焊包覆的分隔板4交替地与翅片103和带有外盖板5的边缘板条8相叠布置成堆叠并且在钎焊炉中焊接在一起。随后，将带有短接管6的集管7熔焊到已钎焊的换热器块上。
图9示出了根据本发明的具有邻接的钎焊分隔板4的翅片103的横截面。图10示出了图9的局部Y。从两幅图可以看出，在波顶部131和分隔板4之间分别构成具有恒定的厚度d的焊料层140，该焊料层覆盖邻接的波腹板的垂直于分隔板4投影的横截面Q达100％。由此，通过内压力作用在分隔板4上的力可以通过焊料层140在其整个横截面Q上垂直地引入到波腹板132中。在外半径R101处于本发明的0.05mm至0.18mm范围内的情况下，在投影的波腹板横截面Q之外形成角焊缝141，从而实现上述最佳焊料层覆盖几何形状。
在图9中用附图标记S2表示压力成型的翅片103在腹板132的区域中的壁厚。通过根据本发明的方法，与构成初始材料的平坦板材20的壁厚S1(图8)相比，腹板132的壁厚S2仅略微减小。壁厚减小的百分比如下计算：((S1-S2)/S1)*100。该减小小于10％，特别优选小于5％，进一步特别优选小于1％。用传统的翅片弯曲成型方法不能实现这一点。在现有技术的仅弯曲成型的翅片中，壁厚减小的百分比通常为至少20％。
此外在图9中，压力成型的板材棱边134的区域中的横向壁厚以参考标记S3绘出。通过根据本发明的方法，与构成初始材料的平坦板材20的壁厚S1(图8)相比，板材棱边134区域中的横向壁厚S3增大。壁厚增大的百分比如下计算：((S3-S1)/S1)*100。该增大优选大于1％，特别优选大于5％，进一步特别优选大于10％。用传统的翅片弯曲成型方法不能实现这一点。在这里，翅片的壁厚减小通常发生在仅弯曲成型的板材棱边的区域中。
图11示出根据图2并因此根据现有技术的仅弯曲成型的翅片3的焊接。在这种情况下，在焊接时在具有外半径R1的弯曲棱边34和分隔板4之间构成的角焊缝41位于投影的波腹板横截面Q的区域中。在投影的横截面Q中不形成具有恒定厚度的焊料层。此外，角焊缝41不跨越波腹板32的整个投影横截面Q：波腹板32的表面区域F不经由封闭的焊料层与分隔板4连接。已证明这种钎焊连接对板式换热器的强度不利。
图4示出根据本发明方法的步骤(a)(图8)并因此根据现有技术弯曲成型的、切割的翅片3。这是通过平坦金属板材的滑动拉弯制成的，叠加有同时出现的、通过单个冲头相互错位产生的切割。该错位在方向D1上并且在沿方向D3上的整个板材宽度上交替。通常，切割长度L在1.5mm和50mm之间。在根据本发明的后续压力成型步骤(b)(参见图8，其结果如图5所示)中，图4的圆形波形结构被转变成图5的锐棱边波形结构，其中，弯曲棱边的外半径从R1减小到R101，优选减小到0.05mm到0.18mm。
图6示出根据本发明方法的步骤(a)(图8)并因此根据现有技术的弯曲成型的、穿孔的翅片3。穿孔(孔洞50)通常具有2mm至30mm的间距和1mm至3mm范围内的直径。在随后的压力成型步骤(b)(按照图8，其结果在图7中示出)中，图6的圆形波形结构被转变成图7的锐棱边结构，其中，弯曲棱边的外半径从R1减小到R101，到0.05mm至0.18mm。
根据图3,5和7的翅片103可以通过根据本发明的方法例如以450mm的宽度(沿方向D3)和1500mm的长度(沿方向D1)制成。
附图标记列表
路径 1
翅片 2
分配器翅片(翅片) 3
分隔板 4
盖板 5
短接管 6
收集器(集管) 7
侧板条 8
入口或出口 9
换热器块 10
第一空间方向 D1
第二空间方向 D2
第三空间方向 D3
金属板材 20
组织晶粒 21
波顶部 31
波腹板 32
弯曲棱边 34
波顶部的外表面 35
通道 36
角焊缝 41
冲头 50
外半径 R1
内半径 R2
高度 H1
翅片20壁厚 S1
节距 P1
表面区域 F
压力成型的翅片 103
组织晶粒 121
波顶部 131
波腹板 132
板材棱边 134
波顶部的外表面 135
通道 136
节距 P101
外半径 R101
内半径 R102
高度 H101
焊料层 140
角焊缝 141
波顶部131壁厚 S101
波腹板132壁厚 S2
板材棱边134处的横向壁厚 S3
投影的横截面 Q
焊料层厚度 d

Claims (14)

1.由铝或铝合金制成的用于板式换热器的翅片(103)，具有由板材制成的波形结构：
-具有彼此平行地布置的波顶部(131)，其中，波顶部(131)通过波腹板(132)与另一波顶部(31)连接，
-其中，在第一空间方向(D1)上，波顶部(131)和波腹板(132)彼此相继，
-其中，所述波顶部(131)和波腹板(132)通过板材棱边(134)彼此连接，
-其中，每个板材棱边(134)具有内半径(R102)和外半径(R101)，并且
-其中，波顶部(131)具有平坦的外表面(135)，
-其中，所述板材棱边(134)的外半径(R101)为0.05mm至0.18mm，
其特征在于，所述板材棱边(134)的内半径(R102)为0.2至0.4mm，特别是0.3mm。
2.根据权利要求1所述的翅片(103)，其特征在于，所述组织包括球形晶粒(121)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的翅片(103)，其特征在于，所述翅片(103)的表面具有小于0.4μm的平均粗糙度Ra。
4.根据前述权利要求中任一项所述的翅片(103)，其特征在于，所述翅片(103)通过平坦板材的具有最终压力成形步骤、特别是挤压步骤的成型而形成。
5.制造用于板式换热器的翅片(103)的方法，包括以下步骤：
a)提供由成型的、优选弯曲成型的板材构成的波形结构(3)，所述波形结构具有至少一个具有波腹板(32)的波顶部(31)，其中，波顶部(31)和波腹板(32)分别通过板材棱边(34)连接，并且，所述板材棱边(34)具有内半径(R2)和外半径(R1)，其特征在于，
b)对由步骤(a)得到的波形结构(3)的至少一个具有波腹板(32)的波顶部(31)进行压力成型，优选冷挤压，使得波顶部(31)和对应的波腹板(32)之间的板材棱边(34)的外半径(R1)减小。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述板材棱边(34)的外半径(R1)在步骤(b)中减小到处于0.05mm至1.5mm、特别是0.05至0.18mm范围内的外半径(R101)。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在压力成型时所述波形结构(3)的高度(H)减小，特别是减小0.4mm至1.2mm。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其特征在于，在压力成型时，所述至少一个波顶部(31)和所述波腹板(32)被设置为彼此成直角地布置。
9.根据权利要求中5至8任一项所述的方法，其特征在于，板材(20)特别是通过弯曲成型而成型为波形结构(3)，所述波形结构具有至少一个波顶部(31)，尤其具有一个、两个或三个波顶部，并且随后，根据步骤(b)将具有邻接的波腹板(32)的所述至少一个波顶部(31)压力成型。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的方法，其特征在于，在按照步骤b)压力成型时，尤其通过平面式的冲头(50)从外部在所述至少一个波顶部(31)上施加表面压力，尤其是，邻接所述波顶部(31)的波腹板(32)尤其被凹模侧向固定。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，第一波顶部(31)与邻接的波腹板(32)一起通过板材(20)的成型、特别是弯曲成型而形成，并且随后，在形成具有波腹板(32)的第二波顶部(31)之前，将所述第一波顶部(31)与波腹板(32)一起压力成型。
12.用于制造板式换热器的方法，在该方法中，多个分隔板(4)和翅片(3，103)被布置成在堆叠中交替地相互叠置并且在钎焊炉内焊接在一起，以形成长方体形的换热器块，其特征在于，所述翅片(3，103)中的至少一个翅片(103)具有根据权利要求1至4中任一项的特征或按照根据权利要求5至11中任一项所述的方法制成。
13.钎焊的板式换热器，具有在一个堆叠中相互间隔开地布置的多个分隔板(4)，所述分隔板形成用于至少两个进行间接热交换的流体的路径(1)，其特征在于，至少一个路径(1)具有根据权利要求1至4中任一项所述的翅片(103)或按照根据权利要求5至11中任一项所述的方法制造的翅片(103)。
14.根据权利要求13所述的板式换热器，其特征在于，所述分隔板(4)和所述翅片(103)的波顶部(31)之间的焊料层(140)以恒定焊料层厚度(d)覆盖波腹板(132)的垂直(140)投影到分隔板(4)上的横截面(Q)的80％以上，特别是90％以上，更特别是95％以上。
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