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Die
Erfindung betrifft eine Wellrippe mit Wellenbergen bzw. Wellentälern und
mit sich daran anschließenden,
eine Biegekante aufweisenden senkrechten oder leicht geneigten Wellenflanken,
die jeweils zwischen zwei Flachrohren in einem Wärmetauscher angeordnet sind,
wobei die Wellenflanken mit aus deren Ebenen herausgestellten Schnitten ausgestattet
sind. Ferner wird ein Wärmetauscher beschrieben,
der die Wellrippen aufweist.
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Eine
Wellrippe dieser Art wird in der älteren, noch nicht veröffentlichten
Patentanmeldung mit der Nr.
DE
10-2006 000 634.8 gezeigt und beschrieben. Die beiliegende
9 zeigt
diesen noch internen Stand der Technik.
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Solche
Wellrippen werden manchmal als „flat top fins" bezeichnet, weil
sie – im
Gegensatz zu anderen Wellrippen – etwa ebene (flache) Wellenberge bzw.
Wellentäler
besitzen. Die angesprochenen anderen Wellrippen haben etwa halbrunde
Wellenberge und Wellentäler,
wobei die Wellenflanken dort gewöhnlich
auch eine etwas größere Neigung
aufweisen.
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Flat
top fins werden oft eingesetzt, weil sie bezüglich gut wärmeleitender Lötverbindungen
zwischen den Wellenbergen bzw. den Wellentälern und einer angrenzenden
Rohrwand als wirksamer angesehen werden als die Wellrippen mit gerundeten
Wellenbergen bzw. Wellentälern.
Gut wärmeleitende
Verbindungen haben selbstverständlich
einen bedeutsamen Einfluss auf die Wärmetauscheffizienz zwischen einem
in den Rohren strömenden
Medium und einem durch die Wellrippen strömenden Medium, welches vorzugsweise
Kühlluft
ist.
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Wie
auch in der genannten älteren
Anmeldung gezeigt wird, ist es für
eine hervorragende Wärmetauscheffizienz
des Wärmetauschernetzes
von enormer Bedeutung, dass möglichst
die gesamte Höhe
der Wellenflanken mit aus den Ebenen der Wellenflanken herausgestellten
Schnitten ausgebildet ist, die für
entsprechend gute Turbulenz beispielsweise in der Kühlluft sorgen.
Wellrippen werden aus dünnen
Metallblechen hergestellt, beispielsweise aus Aluminiumblechen.
Metallbleche haben bekanntlich die Eigenschaft, dass bei der Ausbildung
einer Biegung eine gewisse Rückfederung
auftritt, sodass die oben als flat-top-fin bezeichnete Ausbildung nicht
wirklich flache Wellenberge und Wellentäler aufweist, sondern immer
noch leicht gerundete. Solche leicht gerundeten Wellenberge und
Wellentäler bewirken,
dass der Abstand von einer Rohrwand bis zum Beginn der Schnitte
in den Wellenflanken etwas größer ist
als er eigentlich sein sollte. Gleiches gilt natürlich für die Rohrwand des benachbarten
Rohres bzw. für
deren Abstand zum Beginn der Schnitte, da solche Wellrippen gewöhnlich zwischen
zwei flachen Rohren angeordnet sind. Obwohl es hier um Abstände geht,
deren Maß deutlich
kleiner als 1 mm sein kann, wirkt sich ein größerer Abstand leistungsmindernd
aus. Dies wurde jedenfalls durch vergleichende Messungen, die die
Anmelderin durchgeführt
hat, festgestellt, wobei Messergebnisse zwischen Wellrippen aus
dem Stand der Technik und den unten beschriebenen, vorschlagsgemäßen Wellrippen
gegenübergestellt
wurden.
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Man
könnte
beim Löten
des Wärmetauschernetzes
versuchen, mit einer gewissen Kraftausübung, die Wellrippen enger
mit den Rohren zusammenzudrücken,
um die leicht gerundeten Wellenberge/Wellentäler einzuebnen. So etwas ist
jedoch spätestens
dann nicht mehr günstig,
wenn es sich um Rohre und Rippen handelt, die im Dickenbereich von 0,03
mm bis 0,15 mm oder nur wenig darüber oder darunter liegen, weil
die erwähnte
Kraft die Rohre und/oder die Rippen deformieren könnte. Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, die leistungsmäßig nutzbare
Länge der
Schnitte in den Wellenflanken weiter zu erhöhen und somit die Wärmetauscheffizienz
eines Wärmetauschers
weiter zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale im Anspruch 1 gelöst.
Es ist vorgesehen, dass die im Oberbegriff des Anspruchs 1 erwähnten Biegekanten
derart geschwächt
ausgebildet sind, dass die bei der Biegung sich einstellende Rückfederung
reduziert ist, oder dass die zwischen zwei Biegekanten liegenden
Wellenberge/Wellentäler
so weich ausgebildet sind, dass sie beim Zusammensetzen des Wärmetauschernetzes
flach sind bzw. werden. Dadurch ergibt sich dann die Lösung der
Ausgabenstellung, weil der Beginn der Schnitte noch dichter an die
jeweilige Rohrwand zu liegen kommt. Dort kann sich dann auch kaum
noch ein schädlicher
Bypass einstellen.
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Es
ist möglich,
die Reduzierung der Rückfederung
oder die gewünschte
Weichheit dadurch zu erreichen, dass die Biegekanten mittels Verdünnungslinien
verdünnt
ausgebildet sind.
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Es
kann dabei vorgesehen werden, dass die Verdünnungslinien entweder über die
gesamte Biegekante durchgehend oder mit Unterbrechungen dazwischen
ausgebildet sind.
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Es
ist außerdem
oder alternativ möglich, dass
in den Biegekanten liegende Einschnitte vorgesehen sind.
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Es
ist von Vorteil, wenn die Einschnitte durch nicht eingeschnittene
Verbindungen unterbrochen sind.
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Eine
andere Weiterbildung sieht zur Unterstützung der Reduzierung der Rückfederung
vor, dass die zwischen zwei Biegekanten liegenden Wellenberge und/- oder Wellentäler mit
weiteren Verdünnungslinien
ausgestattet sind.
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Die
Verdünnungslinien
sollen dann vorzugsweise parallel laufen.
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Falls
mit den vorgeschlagenen Maßnahmen die
Rückfederung
als solche nicht reduziert wird, so ergibt sich jedenfalls eine
solche Weichheit der Wellenberge/Wellentäler, dass beim Zusammensetzen des
Wärmetauschernetzes
dieselben mittels einer sehr geringen Kraft, die die Rohre und die
Rippen nicht deformiert, flach gedrückt werden können.
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Es
kann für
verschiedene Applikationen sinnvoll sein, die hier vorgeschlagenen
Maßnahmen mit
dem vorne genannten noch internen Stand der Technik zu kombinieren.
Dort wurden senkrecht zu den Biegekanten laufende Einschnitte vorgesehen und
die Partie zwischen zwei Einschnitten wurde nach innen eingeknickt,
um den Kanal zwischen zwei Wellenflanken zu verengen, und um dadurch
ebenfalls den Wärmeaustausch
zu verbessern. Man kann beispielsweise bei solchen Ausführungen
in den inneren Biegekanten auch die hier vorgeschlagenen Verdünnungslinien
vorsehen.
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Der
Wärmetauscher
soll Wellrippen aufweisen, die wenigstens die Merkmale des Anspruchs
1 besitzen. Die Blechdicke der Wellrippen liegt zwischen 0,02 und
0,09 mm. Die Wanddicke der Flachrohre kann zwischen 0,05 und 0,15
mm betragen, auch etwas mehr.
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Die
Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen
in mehreren Ausführungsbeispielen
beschrieben. Aus der folgenden Beschreibung können weitere Merkmale und deren
Vorteile hervorgehen, die sich in einem späteren Prüfungsstadium als bedeutsam
herausstellen können.
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Die 1 zeigt
ein Stück
einer vorschlagsgemäßen Wellrippe.
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Die 2 zeigt
einen vergrößerten Ausschnitt
daraus.
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Die 3 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
mit Verdünnungslinien,
die Unterbrechungen aufweisen.
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Die 4 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
mit Einschnitten in den Biegekanten.
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Die 5 zeigt
eine Weiterbildung der 4.
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Die 6 und 7 zeigen
anstelle der Einschnitte eine Verdünnungslinie.
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Die 8 zeigt
eine Ausführung
aus dem noch internen Stand der Technik.
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Die 9 zeigt
einen Teil eines Wärmetauschers.
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Jeder
Wellenberg 2 und jedes Wellental 3 hat zwei Biegekanten 10,
an den Stellen, an denen die Wellenberge 2 bzw. die Wellentäler 3 in
die Wellenflanken 1 übergehen.
Die Wellenberge 2 und die Wellentäler 3 sind im Wesentlichen
flach ausgebildet. Die sich daran anschließenden Wellenflanken 1 sind
in den gezeigten Ausführungsbeispielen
gemäß der 1, 2 und 8 leicht
geneigt ausgebildet. Sie können
allerdings auch etwa senkrecht stehen, wie die 3–7 zeigen.
In den Wellenflanken 1 sind aus deren Ebenen herausgestellte
Schnitte 5 angeordnet, die so lang wie möglich sind,
also sie gehen bis unmittelbar an die Biegekanten 10 heran.
Die Biegekanten 10 sind derart geschwächt ausgebildet, dass entweder
die bei der Biegung sich einstellende Rückfederung reduziert ist, oder
dass die Wellenberge/Wellentäler 2, 3 so
welch sind, dass sie bei der Zusammensetzung des Wärmetauschernetzes
nachgeben. Dazu wird insbesondere auf die 2 aufmerksam
gemacht, die eine deutlich vergrößerte Darstellung
im Bereich eines Wellenberges 2 oder eines Wellentales 3 zeigt.
Die 1 und 2 gehören zu einem Ausführungsbeispiel,
in dem vorgesehen wurde, Verdünnungslinien 15 (Biegekerben)
in den beiden Biegekanten 10 und auch im Wellental 2 bzw. Wellenberg 3 zwischen
den beiden Biegekanten 10 auszubilden (Entlastungskerben).
Dadurch wird die erwähnte
Weichheit geschaffen, die in der 2 mit dH zwischen
zwei horizontalen Hilfslinien dargestellt sein soll. Das Bezugszeichen
dH zeigt den Bereich an, um den jeder Wellenberg 2 und
jedes Wellental 3 beim Zusammensetzen von Flachrohren und
Wellrippen sozusagen nachgiebig ist und im Wesentlichen flach ist
bzw. wird, am Flachrohr anliegen kann, um dort perfekte, auch großflächigere,
Lötverbindungen zwischen
Wellrippen und Rohren zu gestatten. Also, mit anderen Worten, im
zusammengesetzten Zustand befindet sich der Wellenberg/Wellental 2, 3 gemäß der 2 etwa
auf dem Niveau der unteren Hilfslinie. Es ist aus dieser Darstellung
auch gut nachvollziehbar, dass dann der Abstand der auf dem Niveau
der unteren Hilfslinie liegenden Rohrwand bis zum Beginn der Schnitte 5 dadurch
zu verkürzen
ist, was sich in einer Verbesserung des Wärmeaustausches niederschlägt. Dadurch
wird auch die Höhe
H der Wellrippe verkürzt,
die in der 1 eingezeichnet wurde.
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Die
Verdünnungslinien 15 in
den Biegekanten 10 sind als Biegekerben ausgebildet, die
sich von den anderen Kerben (Entlastungskerben) unterscheiden können. Die Biegekerben
und die Entlastungskerben können
also in beispielsweise Tiefe und Form unterschiedlich ausgestaltet
sein, um die beschriebenen beabsichtigten Wirkungen noch besser realisieren
zu können.
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Bei
der Herstellung der Wellrippen auf Walzen vom endlosen Blechband
werden in Längsrichtung
des Blechbandes bekanntlich die Schnitte 5 eingebracht,
die danach ausgestellt werden. In Querrichtung des Bandes werden
die vorschlagsgemäßen Verdünnungslinien 15 ebenfalls
mittels der Walzen ausgebildet. In weiter unten noch kurz beschriebenen
Ausführungsbeispielen
wurden anstelle der Verdünnungslinien 15 Einschnitte 20 vorgesehen,
die dann ebenfalls in Querrichtung des Blechbandes laufen sollten.
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Die 3 zeigt,
im Unterschied zu den 1 und 2, dass es
möglich
ist, die Verdünnungslinien 15 zu
unterbrechen. Es sind in Abständen
angeordnete Unterbrechungen 16 vorhanden. Solche Ausführungen
gewährleisten
etwas mehr Stabilität.
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In
der 4 werden die in den Biegekanten 10 liegenden
Verdünnungslinien 15 durch
Einschnitte 20 ersetzt. Die Einschnitte 20, die
keine Ausschnitte sein müssen
sondern lediglich Schlitze, sind wiederum mittels Stege 21 unterbrochen.
Die Einschnittlänge
und auch die Steglänge
kann individuell festgelegt werden, wie ein Vergleich der 4 mit
der 5 zeigt. Bei der Herstellung der Biegekanten 10 werden dann
die Ränder
der Einschnitte 20 etwas ausgestellt, wie die Figuren ebenfalls
zeigen können.
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Ähnliches
ist in den Ausführungsbeispielen gemäß den 6 und 7 festzustellen,
wo in den Biegekanten 10 eine durchgehende bzw. eine intermittierende
Verdünnungslinie 15 (Biegekerbe)
vorgesehen wurde. Auf die in den Wellenbergen/Wellentälern 2, 3 laufenden
weiteren Verdünnungslinien 15 (Entlastungskerben)
wurde hier – im
Unterschied zu den 1 und 2 – verzichtet.
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Die 8 zeigt
nun eine Ausführung
aus dem gegenwärtig
noch internen Stand der Technik. Es ist leicht vorstellbar, dass
man auch hier in den Biegekanten 10 beispielsweise eine
Verdünnungslinie 15 vorsehen
könnte.
Ansonsten sind bei dieser Ausführung über die
Biegekanten 10 laufende Paare von Einschnitten 30 vorgesehen.
Die Partie 40, die jeweils zwischen einem Paar Einschnitte 30 liegt, wurde
nach innen hin umgeformt, um den Bypass im Bereich der Wellenberge/Wellentäler 2, 3 zu
verringern.
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Da
durch die vorgeschlagenen Maßnahmen die
Stabilität
der Wellrippen nachlässt,
insbesondere deren Neigung zum Einknicken zunehmen könnte, wird
hier außerdem
noch vorgeschlagen, die Wellungen der Wellrippe mit einer leichten
Neigung bzw. mit Schräglage
zur Rohrlängsrichtung
auszustatten, was aus der Darstellung gemäß der 9 hervorgehen soll.
Normalerweise laufen die Wellungen senkrecht (ohne Neigung) zur
Rohrlängsachse.
Die Kraft, die das Einknicken der Wellrippen verursacht, läuft ebenfalls
in Rohrlängsrichtung.
Zu sehen ist in der 9 einer der Sammelkästen SK
des Wärmetauschers und
eine flache Seite des Wärmetauscherrohres,
an der sich die vorgeschlagenen Wellrippen befinden. Die Wellrippe
ist als Schnitt durch die Flanken 1 dargestellt, in denen
sich die herausgestellten Schnitte 5 befinden. Der schräge Verlauf
soll die angesprochene Neigung der Wellungen bzw. der Flanken 1 zur Rohrlängsachse
verdeutlichen. Darüber
hinaus haben „schräge" Wellrippen auch
Vorteile bezüglich
des Wärmetausches.
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Zwischen
den Wellrippen und den Rohren ist eine metallische Verbindung, wie
z. B. eine Lötverbindung
vorhanden. (nicht gezeigt) Durch die Rohre strömt beispielsweise die Kühlflüssigkeit
eines Kraftfahrzeugmotors und durch die Wellrippen strömt Kühlluft,
was durch den auffälligen
Blockpfeil angezeigt wurde.