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Die
Erfindung betrifft ein Turbulenzblech nach dem Oberbegriff des Patentanspruches
1 und des Patentanspruches 13 sowie ein Verfahren zur Herstellung
eines Turbulenzbleches nach dem Oberbegriff des Patentanspruches
6 und des Patentanspruches 21.
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Turbulenzbleche,
auch Turbulenzeinlagen genannt, sind bei Wärmeübertragern bekannt: sie dienen
primär
der Erzeugung einer turbulenten Strömung des Wärmeübertragermediums, indem sie durch
ihre versetzt angeordneten Kanten die laminare Strömung des
Mediums immer wieder aufbrechen. Turbulenzbleche werden vorzugsweise
in Flachrohre von Wärmeübertragern
oder bei Scheibenwärmeübertragern
eingesetzt und können
auch mit den Wänden
der Rohre bzw. Scheiben verlötet
werden, so dass sie auch der Erhöhung
der Innendruckfestigkeit infolge Zugankerwirkung dienen. Turbulenzbleche haben
meist eine bevorzugte Strömungsrichtung
mit einem relativ geringen Strömungswiderstand
und eine weitere Durchströmungsrichtung
mit einem erhöhten
Strömungswiderstand.
Turbulenzbleche werden auch als Innenberippung bezeichnet, da sie
eine Vergrößerung der
Wärmeaustauschfläche bewirken.
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Durch
die
DE 41 31 739 C2 wurde
ein Turbulenzblech für
einen von einer Flüssigkeit
durchströmten
Kühlkörper zur
Kühlung
elektrischer Bauelemente bekannt. Durch die
33 47 086 A1 der Anmelderin wurde
ein spiralförmig
zu einer Trägermatrix
aufgewickeltes Turbulenzblech bekannt, durch welches die Abgasströmung eines
Verbrennungsmotors zwecks Erhöhung
der Konvertierung verwirbelt wird. Durch die
DE 296 22 191 U1 wurde
ein Plattenwärmeübertrager,
ein so genannter Stapelscheibenwärmeübertrager
bekannt, bei welchem zwischen den Scheiben Turbulenzbleche angeordnet
sind. Die bekannten Turbulenzbleche weisen wellen- bzw. mäanderförmige Streifen
auf, die in einer Hauptströmungsrichtung hintereinander
und quer zur Hauptströmungsrichtung versetzt
angeordnet sind, wobei der Versatz durch Aufbrechen oder Scheren
des Materials erzielt wird.
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Turbulenzbleche
können – wie erwähnt – als Einzelteile
in einen Strömungskanal,
z. B. ein Flachrohr eingesetzt und mit diesem verlötet werden
oder auch einstückiger
Bestandteil eines Rohres oder einer Scheibe sein. Ein derartiger
einstückiger
Verbund wurde für
eine aus einem Blechstreifen geformte, wellenförmige Innenberippung bekannt,
wobei die gewellte Innenrippe quasi in die Rohrwandung eingewickelt
wird. Entsprechende Ausbildungen von einstückiger Innenrippe mit Flachrohr
gehen aus folgenden Druckschriften hervor:
EP 1 281 923 A2 ,
US 2,757,628 A ,
FR 2 769 359 A1 und
EP 0 646 231 B1 .
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Ein
Verfahren zur Herstellung eines Turbulenzbleches wurde durch die
US 6,546,774 B2 bekannt.
Das bekannte Turbulenzblech weist wellenförmig bzw. mäanderförmig ausgebildete Streifen
auf, die hintereinander und versetzt zueinander angeordnet sind.
Das als länglicher
Streifen ausgebildete Turbulenzblech wird in den Strömungsquerschnitt
eines Flachrohres eingesetzt und kann mit den Rohrinnenwandungen
verlötet
werden. Durch den Versatz der hintereinander angeordneten Wellungen
ergeben sich Durchtrittsöffnungen,
welche durch die Hinterkanten des vordern und die Vorderkanten des
hinteren Streifens gebildet werden. Vorderkanten und Hinterkanten
von benachbarten Streifen liegen praktisch in einer Ebene, d. h.
ihr Abstand in Hauptströmungsrichtung
ist praktisch gleich Null. Dies ergibt sich aus der Herstellung
des bekannten Turbulenzbleches, welches als ebener Blechstreifen
von einem Coil abgewickelt und mehreren unterschiedlich ausgebildeten
Rollensätzen
zugeführt
wird. In einem ersten Rollensatz wird das flache Band geschlitzt,
d. h. mit einer Vielzahl von Schlitzen versehen, wobei das Bandmaterial
aufgerissen bzw. geschert wird. Dies wird durch entspre chend ausgebildete
Scheiben auf den Rollen der Rollensätze bewirkt. Nachteilig bei
diesem Verfahren ist, dass durch das Schlitzen bzw. Scheren die Band-
bzw. Vorschubgeschwindigkeit begrenzt ist und dass sich andererseits
an den Scherflächen
unsaubere Schnittflächen
mit Graten oder Ausfransungen ergeben können.
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Durch
die
DE 102 42 188
A1 der Anmelderin wurde ein Flachrohr-Wärmeübertrager
mit einem gelöteten
Rohr/Rippensystem bekannt, wobei die Rohre vorzugsweise von einem
flüssigen
Medium und die Rippen vorzugsweise von Luft durchströmt werden. Diese
Art von Luftrippe wird als Weltrippe bezeichnet, die durch Walzen
von äußerst dünnwandigem
Material hergestellt wird. Die hierzu verwendeten Rippenwalzen weisen
eine Vielzahl von Messern auf, welche Kiemen in die Flanken der
Wellrippen einschneiden. Die Richtung der Wellenkämme verläuft quer zur
Vorschubrichtung beim Walzen, man spricht daher auch von Querwalzen.
Bei einer derart hergestellten Wellrippe sind so genannte Störelemente
in den Rippenbögen
vorgesehen, welche als Wirbelerzeuger wirken und eine laminare Strömung im
Bereich der Rohr/Rippenkontaktstelle verhindern. In einer bevorzugten
Ausführungsform
sind die Störelemente als
einzelne in Strömungsrichtung
hintereinander angeordnete Lappen ausgebildet, welche aus einem Rippenboden
herausgeschnitten sind und in den Luftstrom hineinragen. Diese Störelemente
sind als zusätzliche
Maßnahme
zu den Kiemen vorgesehen, da diese nur im Bereich der geraden Rippenflächen, nicht
jedoch im Bereich der Rippenbögen
angeordnet sind.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Turbulenzblech der eingangs
genannten Art hinsichtlich seiner strömungstechnischen Eigenschaften zu
verbessern. Darüber
hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, welches
eine schnellere und sauberere Herstellung eines Turbulenzbleches
erlaubt.
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Diese
Aufgabe wird zunächst
durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass zwischen den Vorderkanten (Anströmkanten) und den Hinterkanten
(Abströmkanten)
der wellenförmig
ausgebildeten Streifen ein Abstand a belassen ist, der größer als
Null ist. Der Abstand a erstreckt sich in Hauptströmungsrichtung
des Fluids durch das Turbulenzblech, d. h. in x-Richtung des Turbulenzbleches. Der
Abstand a stellt sich in einer Draufsicht auf das Turbulenzblech,
d. h. in einer Ansicht in Richtung z als Langloch dar. Zwischen
den Langlöchern
verlaufen in x-Richtung
durchgehende Materialstreifen, durch welche die wellenförmigen Streifen
miteinander verbunden werden. Durch den erfindungsgemäßen Abstand
zwischen Vorder- und Hinterkanten entfällt der bekannte Schervorgang
mit seinen Nachteilen, z. B. einer unsauberen Schnittfläche. Darüber hinaus
ergibt sich für
die Durchtrittsöffnungen
ein durch den Abstand a vergrößerter Durchtrittsquerschnitt,
d. h. auch ein geringerer Strömungswiderstand,
insbesondere, wenn das Turbulenzblech quer, d. h. in y-Richtung
angeströmt
wird.
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Die
Wellungen der einzelnen Streifen sind vorzugsweise mäanderförmig ausgebildet,
d. h. mit parallel zueinander verlaufenden Flanken, so dass sich
in Hauptströmungsrichtung
(x-Richtung) rechteckförmige
Strömungskanäle ergeben.
Das erfindungsgemäße Turbulenzblech
kann – wie
aus dem Stand der Technik bekannt – sowohl in Flachrohre, als
auch in scheiben- oder plattenförmige
Strömungskanäle von Wärmeübertragern
eingesetzt und mit den Wänden
der Strömungskanäle verlötet werden.
Es ist jedoch auch möglich
und im Rahmen der Erfindung liegend, dass das Turbulenzblech einstückiger Bestandteil
eines Flachrohres oder eines Scheibenpaares ist – wie dies aus dem eingangs
genannten Stand der Technik für
Innenwellrippen bekannt ist. Durch das erfindungsgemäß ausgebildete, in
einen Strömungskanal
einstückig
integrierte Turbulenzblech ergibt sich der zusätzliche Vorteil einer erhöhten Turbulenz
infolge Versatzes der Anströmkanten.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen
des Patentanspruches 6 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
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Dabei
ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass
in einem ersten Verfahrensschritt längliche Öffnungen, insbesondere Langlöcher in
ein ebenes Blech eingebracht werden, wobei die Zuführung des Blechstreifens
und die Herstellung der Langlöcher kontinuierlich
erfolgen kann. Dadurch ergibt sich eine erhöhte Vorschubgeschwindigkeit.
Die Langlöcher können vorzugsweise
durch Lochstanzen hergestellt werden, was auf einem entsprechend
ausgebildeten Rollensatz erfolgt, welcher auf seinem Umfang angeordnete
Stempel (Matrizen und Patrizen) aufweist. Beim Lochstanzen beispielsweise
wird – im
Gegensatz zu dem bekannten Scheren oder Schlitzen – Material
aus dem ebenen Blechstreifen ausgestanzt. Vorteilhaft hierbei ist
eine saubere, klar definierte Schnittkante. Durch die Langlöcher ist
die Voraussetzung zur Herstellung von versetzten Wellungen gegeben.
In einem zweiten Verfahrensschritt werden daher die Wellungen hergestellt,
wobei das Bandmaterial quer zur Vorschubrichtung gerafft bzw. gefaltet wird.
Dabei entstehen Wellenkämme
auf der Ober- und der Unterseite, welche in Vorschub-, d. h. in x-Richtung verlaufen.
Die Wellenkämme
erstrecken sich jeweils zwischen den Langlöchern und bilden eine Verbindung
der einzelnen gewellten Streifen. In einem dritten Verfahrensschritt
werden dann vorzugsweise in jedem zweiten, d. h. übernächsten Streifen
die Wellungen derart quer gegeneinander versetzt, so dass sich der
bekannte Versatz in y-Richtung ergibt. Bei dieser Querverformung
berühren
sich Vorderkanten und Hinterkanten nicht, da zwischen ihnen der
durch die Langlöcher
bedingte Abstand besteht. Es tritt also kein Schervorgang mit unsauberen Schnittflächen auf.
Insbesondere wird der Vorteil erzielt, dass das erfindungsgemäße Turbulenzblech schneller,
d. h. mit einer höheren
Vorschubgeschwindigkeit herstellbar ist. Dies senkt die Herstellkosten.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird auch durch die Merkmale des nebengeordneten
Patentanspruches 13 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß ist bei
einem Turbulenzblech mit mäanderförmig ausgebildeten
Strömungskanälen, die
einen trapez- oder rechteckförmigen Strömungsquerschnitt
aufweisen, vorgesehen, dass in mindestens einem Steg fensterartige Öffnungen mit
in den Strömungskanal
ausgestellten Lappen angeordnet sind. Der Steg des Turbulenzbleches
wird vorzugsweise mit einer Rohrwand verlötet, wodurch sich beim Stand
der Technik eine Materialverdickung oder -doppelung ergibt, welche
den Wärmedurchgang
behindert. Durch das Ausschneiden von Fenstern wird diese Materialdoppelung
für weite
Bereiche des Steges beseitigt, sodass sich ein besserer Wärmedurchgang
im Bereich der gelöteten
Kontaktstelle zwischen Turbulenzblech und Rohrwand ergibt. Darüber hinaus
wirkt der in den Strömungskanal
hineinragende Lappen als Vergrößerung der
Wärmeaustauschfläche, was
den Wärmeübergang
verbessert. Schließlich
ergibt sich als weiterer Vorteil ein Verwirbelungseffekt der Strömung, wodurch
die Wärmeübergangsverhältnisse
weiter verbessert werden.
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Die
Fenster und die Lappen werden in den Steg vorzugsweise mit einem
entsprechenden Schneidwerkzeug (Stempel) eingeschnitten. Dabei wird
keine geschlossene Schnittlinie erzeugt, sodass der Lappen noch
eine Materialverbindung zum Steg aufweist und umgebogen werden kann.
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Vorteilhaft
ist ferner, dass die Lappen alternierend gegeneinander ausgestellt
werden, sodass sie – in
Strömungsrichtung
gesehen – gegeneinander verschränkt sind.
Die Biegekante bzw. Materialverbindung ist also abwechselnd auf
der linken oder rechten Seite des Steges angeordnet.
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Bedingt
durch den Schneidvorgang, weisen Fenster und Lappen die gleiche
Form auf. Dabei sind verschiedene Formen wie quadratisch, rechteckförmig, halbkreisförmig oder
halbelliptisch möglich
und vorteilhaft. Bei einer halbkreisförmigen Fenster- und Lappenform
bildet somit der Durchmesser des Halbkreises die Biegekante. Das
zuvor beschriebene Turbulenzblech weist durchgehende Strömungskanäle auf,
d. h. die Flanken des trapez- oder rechteckförmigen Strömungsquerschnittes bilden durchgehende Flächen. Eingesetzt
in einen Strömungskanal,
z. B. ein Flachrohr eines Wärmeübertragers
bildet das erfindungsgemäße Turbulenzblech
somit diskrete Strömungskanäle. Dabei
wirken die verschränkt
angeordneten, in den Strömungskanal
von beiden Rohrwandseiten hineinragenden Lappen den oben beschriebenen
verbesserten Wärmeübertragungseffekt.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Flanken
der Strömungskanäle abschnittsweise
gegeneinander versetzt, sodass die Strömung durch die versetzten Anströmkanten
immer wieder aufgebrochen wird. Dadurch wird ein verbesserter Wärmeübergang
gegenüber
dem zuvor beschriebenen Turbulenzblech mit durchgehenden Strömungskanälen erreicht,
welches ein vorteilhaftes Zwischenprodukt gegenüber dem Endprodukt mit versetzten
Flanken darstellt.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können beide
Typen von Turbulenzblechen einstückig
mit einem Flachrohr ausgebildet sein, indem beiderseits des Turbulenzbleches Materialstreifen
vorgesehen sind, welche jeweils den halben Umfang des Flachrohres
bilden und das Turbulenzblech umhüllen.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen
des Patentanspruches 21 gelöst,
wobei dieses Verfahren der Herstellung eines Turbulenzbleches mit
durchgehenden Strömungskanälen (Zwischenprodukt)
dient. Gemäß einem
ersten Verfahrensschritt wird ein Flachband bereitgestellt, welches
einer Reihe von Rollensätzen zugeführt wird.
Gemäß einem
zweiten Verfahrensschritt werden dann die Öffnungen und Lappen nach einem
vorgesehenen Muster in das Flachband eingeschnitten, wobei die ausgeschnittenen
Lappen eine Materialverbindung zum Flachband behalten. Gemäß einem
dritten Verfahrensschritt werden die mäanderförmigen Strömungskanäle durch Faltung des Flachbandes
und Raffung quer zur Vorschubrichtung hergestellt, was durch so
genanntes Längswalzen
erfolgt. Gemäß einem
letzten Verfahrensschritt erfolgt das Eindrücken der Lappen nach innen,
d. h. in die Strömungskanäle des Turbulenzbleches,
was ebenfalls auf einem entsprechend bestückten Rollensatz erfolgt. Mit
diesem Verfahren wird somit das Zwischenprodukt mit durchgehenden
Strömungskanälen hergestellt.
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Nach
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Verfahren
zur Herstellung eines Turbulenzbleches mit abschnittsweise versetzten Flanken
der Strömungskanäle durch
zwei weitere Verfahrensschritte gekennzeichnet: zusätzlich zum Einschneiden
von Fenstern und Lappen werden quer zur Vorschubrichtung verlaufende
Schlitze eingebracht, vorzugsweise Langlöcher durch Ausstanzen. In einem
weiteren Verfahrensschritt erfolgt das Herstellen des Querversatzes
der Flanken, und zwar nach der Herstellung der mäanderförmigen Faltung – beides
erfolgt durch Längswalzen.
Mit diesem Verfahren wird das Endprodukt hergestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren
erlaubt somit durch Modifikation der einzelnen Verfahrensschritte
sowohl die Herstellung eines vorteilhaften Zwischenproduktes als
auch eines vorteilhaften Endproduktes, welche jeweils für sich verwendbar
sind.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
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1 ein
erfindungsgemäßes Turbulenzblech
in isometrischer Darstellung,
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2 das
Turbulenzblech gemäß 1 in einer
Ansicht von oben,
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3 das
Turbulenzblech gemäß 1 in einer
Ansicht von der Seite,
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4 das
Turbulenzblech in vergrößerter Darstellung
in einer Ansicht von vorn,
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5 ein
Turbulenzblech, integriert in ein Flachrohr,
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6 ein
Turbulenzblech mit durchgehenden Strömungskanälen und ausgestellten Lappen,
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7 ein
Turbulenzblech mit quer versetzten Strömungskanälen und ausgestellten Lappen,
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8 eine
Ansicht von vorn auf das Turbulenzblech gemäß 7,
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9 ein
in ein Flachrohr integriertes Turbulenzblech und
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10 ein
Flachband mit Einschnitten und Schlitzen zur Herstellung eines Turbulenzbleches.
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1 zeigt
ein erfindungsgemäßes Turbulenzblech 1,
welches sich räumlich
in drei Achsen erstreckt, welche durch ein Achsenkreuz x, y, z dargestellt
sind. Das Turbulenzblech 1 ist als länglicher Streifen ausgebildet,
wobei die Breite des Streifens – in
y-Richtung gesehen – durch
zwei parallel verlaufende Längsränder 2, 3 begrenzt
wird. In Längs-
bzw. x-Richtung ist das Turbulenzblech 1 endlos herstellbar.
Das Turbulenzblech 1 weist zwei Längsabschnitte A, B auf, welche
das Ergebnis unterschiedlicher Herstellungsstufen darstellen. Der
Abschnitt A stellt – fertigungstechnisch
gesehen – ein
Zwischenprodukt, der Abschnitt B, das Endprodukt dar. Der Abschnitt
A weist vier in x-Richtung hintereinander liegende jeweils mäanderförmig ausgebildete
Streifen A1, A2, A3, A4 auf, welche partiell durch Langlöcher 4 voneinander
getrennt sind. Die Langlöcher 4 weisen – in x-Richtung
gesehen – jeweils
einen Abstand a auf. Im Bereich der Langlöcher 4 weisen die
mäanderförmigen Streifen
A1, A2, A3, A4 jeweils Abström-
oder Hinterkanten 5 und Anström- oder Vorderkanten 6 auf.
Zwischen Vorder- und Hinterkanten 5, 6 erstrecken
sich die Langlöcher
mit der Spaltweite a. Zwischen in y-Richtung benachbarten Langlöchern 4 erstrecken
sich in x-Richtung durchgehende Materialstreifen 7, 8, 9,
welche eine Materialbrücke
zwischen den einzelnen Streifen A1, A2, A3, A4 bilden.
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Der
Abschnitt B stellt – wie
bereits erwähnt – das fertige
Turbulenzblech dar: es weist (beispielhaft) sieben hintereinander
angeordnete, mäanderförmig ausgebildete
Streifen B1 bis B7 auf, wobei aufeinander folgende Streifen im Bereich
der Langlöcher 4 jeweils
in y-Richtung gegeneinander versetzt angeordnet sind. Für den Abschnitt
B werden dieselben Bezugszahlen wie für den Abschnitt A verwendet.
Durch den Versatz der Wellung der einzelnen Streifen B1 bis B7 ergeben
sich Durchtrittsöffnungen 10,
welche durch die Hinterkanten 5 und die Vorderkanten 6 begrenzt
sind.
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2 zeigt
eine Draufsicht auf das Turbulenzblech 1 gemäß 1,
wobei für
gleiche Teile gleiche Bezugszahlen verwendet werden. In dieser Draufsicht,
d. h. in einer Ansicht in Richtung der z-Achse erscheinen die Langlöcher 4 als
Projektion in der x-y-Ebene. Jeweils vier Langlöcher 4 bilden eine
Reihe, welche sich in y-Richtung erstreckt. In X-Richtung ist eine
Vielzahl von solchen Reihen angeordnet, wobei sich jeweils zwischen
benachbarten Langlöchern 4 einer
Reihe die durchgehenden Materialstreifen 7, 8, 9 erstrecken.
Die Breite des Turbulenzbleches 1 ist mit b bezeichnet – sie entspricht nicht – wie später zum
Herstellungsverfahren ausgeführt – der Breite
des Ausgangsbandmateriales.
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3 zeigt
eine Seitenansicht des Turbulenzbleches 1, d. h. eine Ansicht
in y-Richtung. Die Langlöcher 4 erscheinen
hier als Rechtecke, welche einerseits durch den durchgehenden Randstreifen 2 und
andererseits durch den Materialstreifen 7 begrenzt sind.
Da die Langlöcher 4 in
y-Richtung, d. h. senkrecht zur Zeichenebene durchgehend sind, ergibt
sich bei einer Durchströmung
in dieser Richtung ein geringerer Strömungswiderstand, als dies bei Turbulenzblechen
nach dem Stand der Technik der Fall ist. Die Breite der Rechtecke 4 entspricht
dem Abstand a.
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4 zeigt
eine vergrößerte Ansicht
von vorn, d. h. in x-Richtung auf das Turbulenzblech 1. Die
Durchtrittsöffnungen 10 erscheinen
als etwa rechteckförmige
Fenster und werden von den Anströmkanten 6 teilweise
begrenzt. Das dargestellte Turbulenzblech 1 ist vorzugsweise
aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung herstellbar.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung des Turbulenzbleches
1 erfolgt in folgenden Schritten:
In einem ersten Verfahrensschritt wird ein flaches (ebenes) Bandmaterial
bereitgestellt, welches von einem Coil abgewickelt und einer Reihe
von nicht dargestellten Rollensätzen
zugeführt
wird. In dem ersten Rollensatz werden die oben erwähnten Langlöcher
4 nach
einem vorgegebenen Muster hergestellt, welches dem Muster der Langlöcher
4 gemäß
2 entspricht,
nachdem das Turbulenzblech
1 in eine Ebene gestreckt wurde.
Die Breite des Ausgangsbandmaterials ist somit auch entsprechend größer als
die in
2 eingezeichnete Breite b. Die Langlöcher
4 können vorzugsweise
in das flache Bandmaterial gestanzt werden, was durch am Rollensatz
angeordnete Stempelwerkzeuge erfolgt. Das ausgestanzte Material
muss dabei entsorgt werden. Durch das Stanzen entstehen saubere
definierte Schnittkanten. In einem zweiten Verfahrensschritt auf einem
zweiten oder weiteren Rollensätzen
wird das Bandmaterial, welches in x-Richtung zugeführt wird, in
y-Richtung gerafft, gefaltet bzw. gewellt, was wiederum durch entsprechende
Ausbildung des Rollensatzes erfolgt. In diesem zweiten Verfahrensschritt sind
die Wellungen durchgehend in Vorschubrichtung, d. h. es liegt noch
kein Versatz zwischen den einzelnen Streifen vor. Das entsprechende
Zwischenprodukt nach dem zweiten Verfahrensschritt entspricht dem
Abschnitt A mit den fluchtenden Streifen A1, A2, A3 A4. Im nächsten,
d. h. im dritten Verfahrensschritt wird der Versatz der Wellungen,
d. h. der Streifen B1, B3, B5, B7 und so weiter gegenüber den
Streifen B2, B4, B6 und so weiter hergestellt. Auch dies erfolgt
durch einen spe ziell ausgebildeten Rollensatz, wie er grundsätzlich aus
dem eingangs erörterten
Stand der Technik (
US
6,546,774 B2 ) bekannt ist. Der Versatz wird somit dadurch
hergestellt, dass eine Hälfte
eines Wellenbogens, beispielsweise zwischen den Materialstreifen
7,
8 oder
8,
9 in
y- und z-Richtung in eine entgegengesetzte Endposition gedrückt wird.
Hierfür
sind speziell gestaltete Zähne
am Umfang der Rollensätze
angeordnet. Aufgrund der erfindungsgemäßen Langlöcher kann diese Verformung
relativ schnell erfolgen, da keine Scherkräfte – wie beim Stand der Technik – mehr zu überwinden sind.
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Das
oben beschriebene Turbulenzblech 1 kann – wie aus
dem Stand der Technik bekannt – in nicht
dargestellte Flachrohre eingesetzt und mit diesen verlötet werden.
In ähnlicher
Weise kann das erfindungsgemäße Turbulenzblech – gegebenenfalls
in anderen Abmessungen – in
Plattenwärmeübertrager eingesetzt
werden. Insbesondere dort ist eine Durchströmung nicht nur in x-Richtung,
sondern auch in y-Richtung mit unterschiedlichen Strömungswiderständen möglich. Dabei
kann die Breite bzw. der Abstand a entsprechend angepasst werden.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, dass das erfindungsgemäße Turbulenzblech
integraler Bestandteil eines Flachrohres oder eines Strömungskanals ist,
indem es einstückig
mit den Wänden
des Flachrohres oder des betreffenden Strömungskanals ausgebildet ist.
Eine Herstellung ist beispielsweise dadurch möglich, dass die Breite b des
Turbulenzbleches 1 gemäß 2 beiderseits
um die Breite des zu verwendenden Flachrohres erweitert wird. Die
beiderseits überstehenden
Streifen werden dann jeweils nach oben und unten abgekantet, um
das Turbulenzblech herumgelegt und an der gegenüber liegenden Längsseite
beispielsweise durch eine Schweißnaht geschlossen. Derartige
Ausbildungen sind in unterschiedlichen Variationen aus dem eingangs
genannten Stand der Technik für
Innenwellrippen bekannt und können
für das
erfindungsgemäße Turbulenzblech übernommen
werden.
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5 zeigt
einen Abschnitt eines Flachrohres 11 mit integriertem Turbulenzblech 12,
welches versetzte Flanken mit versetzten Anströmkanten 12a, 12b aufweist.
Das Flachrohr 11 weist eine Rohrwand 13 auf, welche
aus zwei Längsseiten 13a, 13b sowie
zwei Schmalseiten 13c, 13d besteht. Die Rohrwand 13 und
das Turbulenzblech 12 sind einstückig, d. h. aus einem Flachband
hergestellt, wobei an einer Seite des Turbulenzbleches 12 die
Schmalseite 13c mit der Längsseite 13a und an
der anderen Seite des Turbulenzbleches 12 die Schmalseite 13d mit
der Längsseite 13b anschließt. Ein
Herstellverfahren ist genauer in der zeitgleichen Patentanmeldung
der Anmelderin (internes Aktenzeichen: 05-B-159) beschrieben.
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6 zeigt
ein Turbulenzblech 14 mit einer Vielzahl von durchgehenden,
parallel zueinander angeordneten Strömungskanälen 15a, 15b, 15c, 15d und
so weiter. Die Strömungskanäle 15 weisen
bei dem in der Zeichnung dargestelltem Ausführungsbeispiel einen trapezförmigen Strömungsquerschnitt auf,
welcher jeweils durch zwei sich gegenüber liegenden Flanken 16a, 16b sowie
einen die beiden Flanken 16a, 16b verbindenden
Steg 17a, 17b gebildet wird. Die Stege 17a, 17b werden
mit einer nicht dargestellten Rohrwand von Rohren eines Wärmeübertragers
verbunden, vorzugsweise verlötet.
Zusammen mit den nicht dargestellten Rohrwänden ergeben sich die trapezförmigen Strömungsquerschnitte
bzw. die durchgehenden, diskreten Strömungskanäle 15a, 15b, 15c, 15d.
In den Stegen 17a, 17b sind quadratische Fenster 18a, 18b angeordnet,
aus welchen jeweils ein in den Strömungskanal 15a bis 15d ...
ragender Lappen aus Lappen 19a, 19b ausgestellt ist.
Die Koordinaten für
das Turbulenzblech 14 sind durch ein Achsenkreuz mit den
Pfeilen x, y gekennzeichnet. Die Strömungskanäle 15a bis 15d verlaufen
somit in x-Richtung – diese
entspricht auch der Vorschubrichtung beim Herstellen des Turbulenzbleches 14 durch
Längswalzen,
auch Walzprofilieren genannt. Die y-Richtung bezeichnet die Richtung quer
zur Vorschubrichtung – in
dieser Richtung wird das für
die Herstellung benötigte
Flachband gerafft, um das trapezförmige Mäanderprofil zu erzeugen. Das
Herstellungsverfahren wird unten ausführlicher beschrieben.
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7 zeigt
eine weitere Ausführungsform
eines Turbulenzbleches 20, welches – im Unterschied zum Turbulenzblech
gemäß 6 – keine
durchgehenden, diskreten Strömungskanäle aufweist,
sondern Strömungskanäle mit quer
versetzten Abschnitten. Analog zum vorherigen Ausführungsbeispiel
ist das Achsenkreuz mit den Koordinaten x und y eingezeichnet. Das
Turbulenzblech 20 weist in x-Richtung verlaufende Strömungskanäle 21 auf,
wel che jeweils durch einzelne Abschnitte A, B, C gebildet werden, die
jeweils quer, d. h. in y-Richtung gegeneinander versetzt sind. Dadurch
ergeben sich analog zum Ausführungsbeispiel
gemäß 1,
Abschnitt B versetzte Anströmkanten.
Die Strömungskanäle 21 weisen
hier einen etwa rechteckförmigen
Querschnitt auf, der jeweils einen oberen oder unteren Steg 22a, 22b aufweist.
In die Stege 22a, 22b sind – analog zum vorherigen Ausführungsbeispiel – Fenster 23a, 23b, 23c, 23d und
Lappen 24a, 24b, 24c, 24d eingeschnitten,
welche in die Strömungskanäle 21 hinein gebogen
sind. Die Fenster 23a bis 23d und die Lappen 24a bis 24d weisen
jeweils etwa die Form eines Halbkreises auf, wobei der Durchmesser
des Halbkreises eine Biegekante für den abgebogenen Lappen bildet.
Wie aus der Darstellung ersichtlich, wechselt die Anordnung von
in x-Richtung hintereinander angeordneten Fenstern 23a, 23b bzw. 23c, 23d sowie
der zugehörigen
Lappen 24a, 24b bzw. 24c, 24d spiegelbildlich,
sodass jeweils hintereinander angeordnete Lappen verschränkt zueinander
angeordnet sind. Durch diese Anordnung der Lappen entsteht ein besonders
effektiver Verwirbelungseffekt. Darüber hinaus ergibt sich eine
Vergrößerung der
Wärmeaustauschfläche. Durch
die Fenster wird die Dicke der wärmeleitenden
Wand verringert, d. h. die Wärmeleitung
verbessert.
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8 zeigt
das Turbulenzblech 20 in einer vergrößerten Ansicht von vorn, d.
h. in x-Richtung gesehen. Es werden die gleichen Bezugszahlen wie
im Ausführungsbeispiel
gemäß 7 verwendet.
Man erkennt in dieser Darstellung deutlich, dass jeweils zwei hintereinander
angeordnete Lappen 24a, 24b bzw. 24c, 24d verschränkt zueinander
angeordnet sind und sich kreuzen. Selbstverständlich sind Abwandlungen hinsichtlich
der Ausstellungswinkel der Lappen möglich.
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9 zeigt
einen Abschnitt eines Flachrohres 25 mit einem integrierten
Turbulenzblech 26, welches dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 und 8 entspricht,
mit dem Unterschied, dass hier ein trapezförmiger Strömungsquerschnitt vorgesehen ist.
Das Turbulenzblech 26 ist – analog dem Ausführungsbeispiel
gemäß 5 – einstückig mit
der Rohrwand 27 des Flachrohres 25 ausgebildet.
Die Beschreibung zu 5 trifft analog auch auf dieses Ausführungsbeispiel
zu.
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10 zeigt
einen Ausschnitt eines Flachbandes 28 in einem Stadium
des Herstellungsprozesses für
ein Turbulenzblech. Seitlich des Flachbandes 28 ist ein
Achsenkreuz mit den Richtungen x und y dargestellt, wobei x die
Vorschubrichtung des Flachbandes 28 anzeigt. In das Flachband 28 sind Reihen
von Trennschnitten 29a, 29b eingebracht, die die
Form eines halben Kreisbogens aufweisen, wobei aufeinander folgende
Reihen von Trennschnitten 29a, 29b jeweils spiegelbildlich
angeordnet sind. Ferner sind in das Flachband 28 quer bzw.
in y-Richtung verlaufende Schlitze 30a, 30b eingebracht,
die in x-Richtung gesehen versetzt zueinander angeordnet sind. Aus
den Trennschnitten 29a, 29b werden die oben erwähnten Fenster
und Lappen gebildet. Die Längsschlitze 30a, 30b sind
erforderlich, um beim Falten bzw. Raffen des Flachbandes 28 in
y-Richtung einen Querversatz der einzelnen Abschnitte der Strömungskanäle herzustellen.
Das dargestellte Schnitt- bzw. Stanzmuster, bestehend aus Trennschnitten 29a, 29b und
Schlitzen 30a, 30b, ist erforderlich, um ein Turbulenzblech,
etwa entsprechend der Ausführungsform
gemäß 7 herzustellen.
Möglich
ist jedoch auch, die Schlitze 30a, 30b nicht einzubringen – man erhält dann
ein Turbulenzblech mit durchgehenden Strömungskanälen, wie es etwa in 6 dargestellt
ist, allerdings mit quadratischen Fenstern. Im Übrigen entspricht dieses Herstellungsverfahren dem
oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung des Turbulenzbleches 1.