DE102019218266A1 - Corrugated rib structure - Google Patents

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Michael Schmidt
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wellrippenstruktur (1) für einen Wärmeübertrager (2), insbesondere für eine Brennkraftmaschine.Erfindungswesentlich ist dabei, dass die Wellrippenstruktur (1) in Durchströmungsrichtung (4) verlaufende wellenförmige Wellenberge (5) und Wellentäler (6) aufweist, die über ebenfalls in Durchströmungsrichtung (4) verlaufende wellenförmige Wände (7) miteinander verbunden sind, wobei in den Wellenbergen (5) und/oder in den Wellentälern (6) nach innen ausgestellte Flügel (8) vorgesehen sind.Damit kann ein Verhältnis zwischen Wärmeübertragungsleistung und Druckverlust erhöht werden.The present invention relates to a corrugated fin structure (1) for a heat exchanger (2), in particular for an internal combustion engine. It is essential to the invention that the corrugated fin structure (1) has wave-shaped wave crests (5) and wave troughs (6) which extend in the flow direction (4) are connected to one another via undulating walls (7), which also run in the direction of flow (4), with inwardly flared wings (8) being provided in the wave crests (5) and / or in the wave troughs (6) Pressure loss can be increased.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wellrippenstruktur für einen Wärmeübertrager, insbesondere für eine Brennkraftmaschine an einem Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen Wärmeübertrager mit einer solchen Wellrippenstruktur.The present invention relates to a corrugated fin structure for a heat exchanger, in particular for an internal combustion engine on a motor vehicle, according to the preamble of claim 1. The invention also relates to a heat exchanger with such a corrugated fin structure.

Wellrippenstrukturen in Wärmeübertragern sind hinlänglich bekannt und werden beispielsweise zwischen Flachrohren eines Wärmeübertragerblocks des Wärmeübertragers angeordnet, um eine zum Wärmeaustausch zur Verfügung stehende Fläche zu vergrößern. Über die Größe für den Wärmeaustausch zur Verfügung stehende Fläche kann die Leistung des Wärmeübertragers gesteigert werden. Ziel hierbei ist es, bei möglichst geringem Druckverlust möglichst viel Wärme zu übertragen. Aus diesem Grund gibt es bereits mannigfaltige Wellrippenstrukturen, welche beispielsweise als tiefgezogene Blechstanzteile ausgebildet sind. Bekannte Wellrippenstrukturen sind dabei jedoch entweder kostengünstig herzustellen oder bezüglich ihres Wärmeübertragungsvermögens optimiert, so dass noch Potential zur Verbesserung bei einem Verhältnis zwischen Leistung und Druckverlust des Wärmeübertragers besteht.Corrugated fin structures in heat exchangers are well known and are arranged, for example, between flat tubes of a heat exchanger block of the heat exchanger in order to enlarge an area available for heat exchange. The performance of the heat exchanger can be increased via the area available for heat exchange. The aim here is to transfer as much heat as possible with as little pressure loss as possible. For this reason, there are already diverse corrugated rib structures, which are designed, for example, as deep-drawn stamped sheet metal parts. Known corrugated rib structures are, however, either inexpensive to manufacture or optimized with regard to their heat transfer capacity, so that there is still potential for improvement in the relationship between the power and pressure loss of the heat exchanger.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Wellrippenstruktur der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch ein gesteigertes Verhältnis von Leistung zu Druckverlust auszeichnet.The present invention is therefore concerned with the problem of specifying an improved or at least an alternative embodiment for a corrugated rib structure of the generic type, which is characterized in particular by an increased ratio of power to pressure loss.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention, this problem is solved by the subject matter of independent claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer an sich bekannten Wellrippenstruktur eine Kombination aus tief gewellten Rippen mit ausgestellten Flügeln vorzusehen und dadurch das Verhältnis zwischen Leistung des Wärmeübertragers und Druckverlust zu verbessern. Die erfindungsgemäße Wellrippenstruktur weist hierzu in ihrer Durchströmungsrichtung verlaufende wellenförmige Wellenberge und Wellentäler auf, die über ebenfalls in Durchströmungsrichtung verlaufende wellenförmige Wände miteinander verbunden sind. Die Wellenberge und Wellentäler sowie die Wände beziehen sich dabei auf eine horizontale Ausrichtung der Wellrippenstruktur. In den Wellenbergen und/oder in den Wellentälern sind dabei zusätzlich nach innen ausgestellte Flügel vorgesehen. Ein Luftstrom, der die Wellrippenstruktur in Durchströmungsrichtung durchströmt, erfährt somit eine schlangenlinienähnliche Umlenkung mit den wellenförmigen Wänden als seitliche Begrenzung. Nach oben und unten (bei einer liegenden Wellrippenstruktur gesehen) sind dabei die schlangenlinienartigen Durchströmungskorridore durch die Wellenberge (nach oben) oder die Wellen (nach unten) begrenzt. Aus diesen Wellenbergen bzw. Wellentälern sind nun die nach innen ausgestellten erfindungsgemäßen Flügel vorgesehen, die bei einer solchen Anordnung in den Wellenbergen nach unten und bei einer solchen Anordnung in den Wellentälern nach oben, das heißt in ein Inneres der Wellrippenstruktur, abstehen. Hierdurch dienen die einzelnen Flügel als Turbulenzelemente, die eine Verwirbelung des durch die Wellrippenstruktur strömenden Luftstroms bewirken und dadurch den Wärmeübertrag verbessern. Im Einbauzustand liegt die erfindungsgemäße Wellrippenstruktur mit ihren Wellenbergen und Wellentälern flächig an Rohren, beispielsweise Flachrohren eines Wärmeübertragerblocks, an, so dass üblicherweise durch die ausgestellten Flügel nur eine Umlenkung des durch die Wellrippenstruktur strömenden Luftstroms in der Wellrippenstruktur selbst bewirkt wird, jedoch ein Auslenken eines in der Wellrippenstruktur strömenden Luftstroms über die ausgestellten bzw. ausgestanzten Flügel nach außen, das heißt nach außerhalb der Wellrippenstruktur, nicht stattfindet, da das durch das Ausstanzen und Ausstellen der Flügel im Wellenberg bzw. Wellental erzeugte Fenster im Einbauzustand durch ein benachbartes Flachrohr verschlossen ist.The present invention is based on the general idea of providing a combination of deeply corrugated ribs with flared wings in a corrugated fin structure known per se and thereby improving the relationship between the performance of the heat exchanger and pressure loss. For this purpose, the corrugated rib structure according to the invention has undulating wave peaks and troughs running in its flow direction, which are connected to one another via undulating walls also running in the flow direction. The wave peaks and troughs as well as the walls relate to a horizontal alignment of the corrugated rib structure. In the wave crests and / or in the wave troughs, inwardly flared wings are additionally provided. An air flow that flows through the corrugated rib structure in the direction of flow thus experiences a serpentine-like deflection with the undulating walls as a lateral boundary. The serpentine-like flow corridors are limited upwards and downwards (seen in a horizontal corrugated rib structure) by the wave crests (upwards) or the waves (downwards). From these wave crests or wave troughs the inwardly flared wings according to the invention are now provided, which in such an arrangement protrude downward in the wave crests and in such an arrangement in the wave troughs upward, i.e. into an interior of the corrugated rib structure. As a result, the individual blades serve as turbulence elements that cause the air stream flowing through the corrugated rib structure to swirl and thereby improve the heat transfer. In the installed state, the corrugated fin structure according to the invention with its wave crests and troughs lies flat against pipes, for example flat pipes of a heat exchanger block, so that usually only a deflection of the air flow flowing through the corrugated fin structure is effected in the corrugated fin structure itself, but a deflection of an in The air flow flowing through the corrugated rib structure over the exposed or punched-out wings to the outside, i.e. outside the corrugated rib structure, does not take place, since the window produced by the punching and opening of the wings in the wave crest or valley is closed in the installed state by an adjacent flat tube.

Bei einem mehrstufigen Wärmeübertrager mit mehreren in Durchströmungsrichtung hintereinander angeordneten Flachrohren, können selbstverständlich zumindest einzelne durch die ausgestellten Flügel erzeugten Fenster in den Wellenbergen bzw. Wellentälern auch ein Auslenken des durch die Wellrippenstruktur strömenden Luftstroms bewirken, wodurch eine weitere Verwirbelung des Luftstroms und damit ein weiterer verbesserter Wärmeübertrag geschaffen werden können. Durch die schlangenlinienförmigen Durchströmungspfade in der Wellrippenstruktur und die zugleich nach innen ausgestellten Flügel kann mit der erfindungsgemäßen Wellrippenstruktur eine turbulente Luftströmung in der Wellrippenstruktur geschaffen werden, welche einen hohen Wärmeübertrag ermöglicht. Gleichzeitig bewirken jedoch die wellenförmigen Durchströmungspfade und die nach innen ausgestellten Flügel einen lediglich geringen Druckverlust, wodurch mit der erfindungsgemäßen Wellrippenstruktur das Verhältnis zwischen Wärmeübertragerleistung und Druckverlust deutlich verbessert werden kann. Durch das gesteigerte Verhältnis zwischen Wärmeübertragerleistung und Druckverlust können in Bezug auf eine Durchströmungslänge auch bei gleicher Wärmeübertragerleistung kürzere Wärmeübertrager gebaut werden, wodurch diese nicht nur mit weniger Material und damit ressourcenschonend, sondern auch bezüglich des Bauraums kleiner und kostengünstiger ausgebildet werden können.In the case of a multi-stage heat exchanger with several flat tubes arranged one behind the other in the direction of flow, at least individual windows in the wave crests or troughs generated by the flared wings can of course also cause the air flow flowing through the corrugated rib structure to be deflected, thereby further swirling the air flow and thus improving it further Heat transfer can be created. Due to the serpentine flow paths in the corrugated fin structure and the inwardly flared wings, the corrugated fin structure according to the invention can be used to create a turbulent air flow in the corrugated fin structure which enables high heat transfer. At the same time, however, the undulating flow paths and the inwardly flared wings cause only a slight pressure loss, as a result of which the ratio between heat exchanger performance and pressure loss can be significantly improved with the corrugated fin structure according to the invention. Due to the increased ratio between heat exchanger capacity and pressure loss, shorter heat exchangers can be built in relation to a flow length even with the same heat exchanger capacity, which means that they not only use less material and thus conserve resources, but also in terms of the installation space can be made smaller and more cost-effective.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind die Flügel um einen Winkel Φ zwischen 30°≤ Φ ≤ 80°, vorzugsweise um einen Winkel Φ von ca. 55°, nach innen ausgestellt. Insbesondere bei einem Ausstellwinkel Φ von ca. 55° kann ein besonders hohes Verhältnis zwischen Wärmeübertragerleistung und Druckverlust geschaffen werden, wobei dieses Verhältnis bei dem zuvor genannten Winkelbereich für den Winkel Φ je nach Art, und insbesondere Länge der Wellrippenstruktur in Durchströmungsrichtung anpassbar ist.In an advantageous further development of the solution according to the invention, the wings are raised inwards by an angle Φ between 30 ° Φ 80 °, preferably by an angle Φ of approx. 55 °. A particularly high ratio between heat exchanger capacity and pressure loss can be created, in particular with an opening angle Φ of approx. 55 °, this ratio being adaptable in the aforementioned angular range for angle Φ depending on the type and in particular length of the corrugated rib structure in the direction of flow.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung beträgt eine Wellenlänge L in Durchströmungsrichtung zwischen 7 mm ≤ L ≤ 12 mm. Bei einer derartigen Wellenlänge hat sich gezeigt, dass das Verhältnis zwischen zu erzielender Wärmeübertragerleistung und Druckverlust optimal ist, insbesondere vor dem Hintergrund einer Wellenamplitude A in Durchströmungsrichtung zwischen 1 und 1,5 mm. Bei einer derartigen Wellenform kann ein Druckverlust möglichst klein, durch die durch die Wellenform erzwungene Umlenkung erzielbare Wärmeübertragerleistung jedoch hoch gehalten werden.In an advantageous development of the solution according to the invention, a wavelength L in the flow direction is between 7 mm ≤ L 12 mm. With such a wavelength it has been shown that the ratio between the heat transfer capacity to be achieved and the pressure loss is optimal, in particular against the background of a wave amplitude A in the direction of flow between 1 and 1.5 mm. In the case of such a waveform, a pressure loss can be kept as small as possible, but kept high by the deflection forced by the waveform.

Zweckmäßig weist der Flügel eine Trapezform mit einer kürzeren Grundseite, einer längeren Grundseite sowie zwei Schenkeln auf. Der Flügel ist dabei über seine längere Grundseite mit dem jeweiligen Wellenberg bzw. dem jeweiligen Wellental verbunden. Die kürzere Grundseite zeigt dabei entgegen der Durchströmungsrichtung, wodurch mit einem derartig trapezförmigen Flügel eine strömungstechnisch optimierte Kontur, die sich konisch entgegen der Strömungsrichtung verjüngt, geschaffen werden kann. Durch einen derartigen trapezförmigen Flügel kann somit der Strömungswiderstand und damit der Druckverlust gering gehalten werden. Trotzdem ermöglicht ein derartiger trapezförmiger Flügel eine Verwirbelung des in der Wellrippenstruktur strömenden Luftstroms und dadurch einen verbesserten Wärmeübertrag. The wing expediently has a trapezoidal shape with a shorter base side, a longer base side and two legs. The wing is connected to the respective wave crest or the respective wave trough via its longer base side. The shorter base side points against the direction of flow, whereby with such a trapezoidal wing a flow-optimized contour that tapers conically against the direction of flow can be created. With such a trapezoidal wing, the flow resistance and thus the pressure loss can be kept low. Nevertheless, such a trapezoidal wing enables swirling of the air flow flowing in the corrugated fin structure and thereby an improved heat transfer.

Weiterhin ermöglicht ein trapezförmiger Flügel durch die Vermeidung eines spitz zulaufenden Flügelendes eine höhere Werkzeugstandzeit.Furthermore, a trapezoidal wing enables a longer tool life by avoiding a tapering wing end.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Wellrippenstruktur weist die kürzere Grundseite eine breite B1 von ca. 0,88 mm und die längere Grundseite eine Breite B2 von ca. 1,6 mm auf. In diesem Fall besitzen die Schenkel eine Länge Ls von ca. 0,95 mm. Zusammen mit der in den vorherigen Absätzen beschrieben Wellenlänge L und Wellenamplitude A kann eine Wellenrippenstruktur mit optimiertem Verhältnis aus Wärmeübertragerleistung und Druckverlust geschaffen werden.In an advantageous development of the corrugated rib structure according to the invention, the shorter base side has a width B 1 of approximately 0.88 mm and the longer base side has a width B 2 of approximately 1.6 mm. In this case, the legs have a length L s of approximately 0.95 mm. Together with the wave length L and wave amplitude A described in the previous paragraphs, a corrugated fin structure with an optimized ratio of heat exchanger performance and pressure loss can be created.

Zweckmäßig schließen die Wände der jeweiligen Durchströmungspfade einen Winkel β zwischen 92°≤ β ≤ 94°, insbesondere einen Winkel β von 93°, zum daran angebundenen Wellenberg und Wellental ein. Die Wände der jeweiligen Durchströmungspfade verlaufen somit nicht orthogonal zu den jeweiligen Wellenbergen bzw. Wellentäler, die jeweils als Plateaus ausgebildet sein können, sondern leicht, das heißt um ca. 3° ± 1°, geneigt zu einer Flächennormalen relativ zum Wellenberg bzw. Wellental. Hierdurch ist es möglich, eine gewisse Stauchungsmöglichkeit der Wellrippenstruktur quer zu den Wänden zu ermöglichen, die einen Ausgleich von Fertigungstoleranzen ermöglicht. Zugleich ist durch die leicht zur Flächenormalen der Wellenberge bzw. Wellentäler geneigten Wände ein vergleichsweise einfaches Ausformen der Wellrippenstruktur aus einem Blechformwerkzeug möglich, wodurch der Herstellungsprozess vereinfacht und damit die Herstellungskosten reduziert werden können.The walls of the respective flow paths expediently enclose an angle β between 92 ° β 94 °, in particular an angle β of 93 °, to the wave crest and wave trough connected thereto. The walls of the respective flow paths thus do not run orthogonally to the respective wave crests or wave troughs, which can each be designed as plateaus, but are slightly inclined, i.e. by approx. 3 ° ± 1 °, to a surface normal relative to the wave crest or wave trough. This makes it possible to allow a certain degree of compression possibility of the corrugated rib structure transversely to the walls, which enables production tolerances to be compensated for. At the same time, the walls, which are slightly inclined to the surface normal of the wave crests or wave troughs, enable the corrugated rib structure to be formed from a sheet metal forming tool in a comparatively simple manner, which simplifies the production process and thus reduces production costs.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist ein Blech der Wellrippenstruktur eine Dicke d von 0,08 mm bis 0,2 mm, insbesondere 0,15 mm, auf. Eine derartig geringe Dicke des für die Wellrippenstruktur verwendeten Blechs ermöglicht einerseits eine problemlose Umlenkung des durch die Wellenrippenstruktur strömenden Luftstroms und andererseits einen optimierten Wärmeübertrag zwischen der Wellrippenstruktur und den benachbarten Flachrohren. Zugleich können derartig dünne Bleche vergleichsweise einfach, das heißt mit geringer Kraft und damit auch mit kostengünstigen Umformwerkzeugen hergestellt werden und besitzen zudem ein lediglich geringes Gewicht, was nicht nur hilft, Ressourcen zu schonen, sondern zugleich auch ein Gewicht eines später damit ausgestatteten Wärmeübertragers reduziert, was insbesondere bei einem Einsatz eines derartigen Wärmeübertragers in einem Kraftfahrzeug Vorteile hinsichtlich eines Energieverbrauchs, beispielsweise eines Kraftstoffverbrauchs, mit sich bringt.In a further advantageous embodiment of the solution according to the invention, a sheet metal of the corrugated rib structure has a thickness d of 0.08 mm to 0.2 mm, in particular 0.15 mm. Such a small thickness of the sheet metal used for the corrugated fin structure enables, on the one hand, a problem-free deflection of the air flow flowing through the corrugated fin structure and, on the other hand, an optimized heat transfer between the corrugated fin structure and the adjacent flat tubes. At the same time, such thin sheets can be produced comparatively easily, i.e. with little force and thus also with inexpensive forming tools, and also have only a low weight, which not only helps to conserve resources, but at the same time also reduces the weight of a heat exchanger equipped with them later, which, particularly when using such a heat exchanger in a motor vehicle, has advantages with regard to energy consumption, for example fuel consumption.

Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, einen Wärmeübertrager mit zumindest einer in den vorherigen Absätzen beschriebenen Wellrippenstruktur auszustatten. Hierdurch können die in den vorherigen Absätzen beschriebenen Vorteile bezüglich der Wellrippenstruktur auf den Wärmeübertrager übertragen werden, so dass dieser bei einem vergleichsweise geringen Gewicht, kostengünstig herstellbar ist und zugleich ein großes Verhältnis zwischen Wärmeübertragerleistung und Druckverlust aufweist.The present invention is further based on the general idea of equipping a heat exchanger with at least one corrugated fin structure described in the previous paragraphs. In this way, the advantages described in the previous paragraphs regarding the corrugated rib structure can be transferred to the heat exchanger, so that it can be manufactured inexpensively with a comparatively low weight and at the same time has a large ratio between heat exchanger performance and pressure loss.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.Further important features and advantages of the invention emerge from the subclaims, from the drawing and from the associated description of the figures based on the drawing.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.Preferred exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the following description, with the same reference symbols referring to the same or similar or functionally identical components.

Dabei zeigen, jeweils schematisch,

  • 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Wellrippenstruktur,
  • 2 eine Ansicht auf eine erfindungsgemäße Wellrippenstruktur,
  • 3 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittebene A-A,
  • 4 eine Detaildarstellung Z aus 1,
  • 5 eine schematisierte Darstellung der wellenförmigen Durchgangspfade,
  • 6 eine Schnittdarstellung durch die erfindungsgemäße Wellrippenstruktur im Bereich eines nach innen gestellten Flügels.
They show, in each case schematically,
  • 1 a plan view of a corrugated rib structure according to the invention,
  • 2 a view of a corrugated rib structure according to the invention,
  • 3rd a sectional view along the sectional plane AA,
  • 4th a detail display Z from 1 ,
  • 5 a schematic representation of the undulating through-paths,
  • 6th a sectional view through the corrugated rib structure according to the invention in the area of an inwardly positioned wing.

Entsprechend den 1 bis 3, weist eine erfindungsgemäße Wellrippenstruktur 1 für einen Wärmeübertrager 2, insbesondere für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug 3, in ihrer Durchströmungsrichtung 4 verlaufende wellenförmige Wellenberge 5 und Wellentäler 6 auf (vgl. insbesondere auch die 3, 4 und 6, die über ebenfalls in Durchströmungsrichtung 4 verlaufende wellenförmige Wände 7 miteinander verbunden sind, wobei in den Wellenbergen 5 und/oder in den Wellentälern 6 nach innen ausgestellte Flügel 8 (vgl. insbesondere die 1, 3, 4 und 6) vorgesehen sind. Über die in Durchströmungsrichtung 4 verlaufenden wellenförmigen Wellenberge 5 und Wellentäler 6, die selbst plateauförmig ausgebildet sind, sowie die ebenfalls wellenförmigen Wände 7 und die Flügel 8, kann ein Verhältnis zwischen einer Wärmeübertragerleistung und einem Druckverlust optimiert werden, so dass ein mit der erfindungsgemäßen Wellrippenstruktur 1 ausgestatteter Wärmeübertrager 2 eine optimale Wärmeübertragerleistung bei gleichzeitig minimiertem Druckverlust aufweist.According to the 1 to 3rd , has a corrugated rib structure according to the invention 1 for a heat exchanger 2 , in particular for an internal combustion engine in a motor vehicle 3rd , in their direction of flow 4th running undulating wave crests 5 and wave troughs 6th on (cf. in particular also the 3rd , 4th and 6th , which are also in the direction of flow 4th running wave-shaped walls 7th are connected to each other, being in the crests of the waves 5 and / or in the wave troughs 6th inwardly flared wings 8th (see in particular the 1 , 3rd , 4th and 6th ) are provided. About the in the direction of flow 4th running undulating wave crests 5 and wave troughs 6th , which are themselves plateau-shaped, as well as the also wave-shaped walls 7th and the wings 8th , a ratio between a heat exchanger output and a pressure loss can be optimized, so that a corrugated fin structure according to the invention 1 equipped heat exchanger 2 has an optimal heat exchanger performance with minimized pressure loss at the same time.

Die Flügel 8 können dabei um einen Winkel Φ zwischen 30°≤ Φ ≤ 80°, vorzugsweise um einen Winkel Φ von ca. 55° nach innen ausgestellt sein, das heißt gemäß der 3 bei einem Flügel 8 vom Wellenberg 5 nach unten und bei einem Flügel 8 vom Wellental 6 nach oben. In Versuchen hat sich dabei gezeigt, dass der Druckverlust bei einem Ausstellwinkel Φ des jeweiligen Flügels 8 von ca. 30° bei ca. 1.750 Pa liegt und bei einem Ausstellwinkel Φ von ca. 70° auf 2.250 Pa ansteigt. Im gleichen Bereich steigt die Wärmeleistung im Versuch von 76,65 Watt auf 77,1 Watt, wobei die Kurve der Wärmeleistung die Kurve des Druckverlusts bei einem (Biege-)winkel Φ zwischen 45° und 65° übersteigt, so dass in diesem Bereich des Winkels bzw. Ausstellwinkels Φ ein optimales Verhältnis zwischen Wärmeleistung und Druckverlust gegeben ist.The wings 8th can be raised inwards by an angle Φ between 30 ° ≤ Φ 80 °, preferably by an angle Φ of approx. 55 °, that is to say according to FIG 3rd with a wing 8th from the wave mountain 5 down and at a wing 8th from the trough of the waves 6th up. Tests have shown that the pressure loss at an opening angle Φ of the respective wing 8th of approx. 30 ° is approx. 1,750 Pa and increases to 2,250 Pa at an opening angle Φ of approx. 70 °. In the same range, the heat output in the experiment increases from 76.65 watts to 77.1 watts, whereby the curve of the heat output exceeds the curve of the pressure loss at a (bending) angle Φ between 45 ° and 65 °, so that in this area the Angle or opening angle Φ an optimal relationship between heat output and pressure loss is given.

Eine Wellenlänge L in Durchströmungsrichtung 4 beträgt dabei vorzugsweise zwischen 7 mm ≤ L ≤ 12 mm, während eine Wellenamplitude A in Durchströmungsrichtung 4 zwischen 1 mm ≤ A ≤ 1,5 mm liegt.A wavelength L in the direction of flow 4th is preferably between 7 mm L 12 mm, while a wave amplitude A in the direction of flow 4th is between 1 mm ≤ A ≤ 1.5 mm.

Betrachtet man den Flügel 8, insbesondere gemäß der 4, näher, so kann man erkennen, dass dieser eine Trapezform mit einer kürzeren Grundseite 9, einer längeren Grundseite 10 sowie zwei Schenkeln 11 aufweist. Über die längere Grundseite 10 ist der Flügel 8 dabei an den jeweiligen Wellenberg 5 bzw. an das jeweilige Wellental 6 angebunden. Wie dies gemäß der 4 zu entnehmen ist dabei der jeweilige Flügel 8 mit seiner kürzeren Grundseite 9 entgegen der Durchströmungsrichtung 4 ausgerichtet, was strömungstechnische Vorteile bietet. Der Flügel 8 wird dabei im Herstellungsverfahren zunächst ausgestanzt und anschließend ausgestellt, das heißt umgeformt. Im Bereich des aus dem Wellenberg 5 bzw. des Wellentals 6 ausgestanzten und ausgestellten Flügels 8 entsteht ein Fenster 12 (vgl. insbesondere die 6), über welches bei einer in einem Wärmeübertrager 2 eingebauten Wellrippenstruktur 1 ein direkter Kontakt des durch die Wellrippenstruktur 1 strömenden Luftstroms mit beispielsweise einem flächig am jeweiligen Wellenberg 5 bzw. Wellental 6 anliegenden Flachrohr gegeben ist. Hierdurch kann in dem Fenster 12 ein besonders direkter und damit effizienter Wärmeübertrag erfolgen.Looking at the wing 8th , in particular according to the 4th , closer, so you can see that this is a trapezoidal shape with a shorter base 9 , a longer base 10 as well as two legs 11 having. Over the longer base 10 is the wing 8th at the respective wave crest 5 or to the respective trough 6th tied up. How this according to the 4th the respective wing can be seen here 8th with its shorter base 9 against the direction of flow 4th aligned, which offers fluidic advantages. The wing 8th is first punched out in the manufacturing process and then exhibited, i.e. reshaped. In the area of the wave mountain 5 or the wave trough 6th punched and exhibited wing 8th creates a window 12th (see in particular the 6th ), via which at one in a heat exchanger 2 built-in corrugated rib structure 1 a direct contact of the through the corrugated rib structure 1 flowing air stream with, for example, a flat on the respective wave crest 5 or wave trough 6th adjacent flat tube is given. This allows in the window 12th a particularly direct and thus efficient heat transfer can take place.

Die kürzere Grundseite 9 des Flügels 8 kann eine Breite B1 von ca. 0,8 mm aufweisen, während die längere Grundseite 10 eine Breite B2 von ca. 1,6 mm aufweisen kann. Eine Länge Ls des Schenkels 11 kann beispielsweise 0,95 mm betragen (vgl. insbesondere 4). Zudem kann die längere Grundseite 10, über welche der Flügel 8 an das jeweilige Wellental 6 bzw. an den jeweiligen Wellenberg 5 angebunden ist, um einen Winkel α von ca. 70° (vgl. 4) zur Durchströmungsrichtung 4 geneigt sein.The shorter base 9 of the wing 8th can have a width B 1 of approx. 0.8 mm, while the longer base side 10 can have a width B 2 of approximately 1.6 mm. A length L s of the leg 11 can be, for example, 0.95 mm (see in particular 4th ). In addition, the longer base side 10 over which the wing 8th to the respective trough 6th or to the respective wave crest 5 is connected to an angle α of approx. 70 ° (cf. 4th ) to the direction of flow 4th be inclined.

Betrachtet man die Wände 7, so kann erkennen, dass diese einen Winkel β zwischen 92°≤ β ≤ 94°, insbesondere eine Winkel β von ca. 93° zum daran angebundenen Wellenberg 5 bzw. Wellental 6 einschließen (vgl. 3). Dies dient insbesondere der besseren Entformbarkeit aus einem Blechumformwerkzeug und erleichtert dadurch die Herstellung und macht diese kostengünstiger.Looking at the walls 7th , it can be seen that this is an angle β between 92 ° ≤ β 94 °, in particular an angle β of approx. 93 °, to the wave crest connected to it 5 or wave trough 6th include (cf. 3rd ). This is used in particular to improve the demoldability from a sheet metal forming tool and thereby simplify production and make it more cost-effective.

Prinzipiell kann ein Wellenberg 5 eine Sattelbreite Bs von 2,0 mm bis 4,0 mm, insbesondere von ca. ca. 2,5 mm, aufweisen (vgl. 3), wobei ein Wellental eine hierzu identische Talbreite BT von ebenfalls von 2,0 mm bis 4,0 mm, insbesondere von ca. ca. 2,5 mm, aufweisen kann. Die Wellrippenstruktur 1 kann insgesamt eine Höhe H von 3,0 mm bis 5,0 mm, insbesondere von ca. 4 mm, besonders bevorzugt von 3,42 mm, aufweisen. Für die Wellrippenstruktur 1 wird beispielsweise ein Blech mit einer Dicke d von 0,08 mm bis 0,2 mm, insbesondere 0,15 mm, verwendet, wodurch die erfindungsgemäße Wellrippenstruktur nicht nur einfach und damit kostengünstig umzuformen und herzustellen ist, sondern zugleich auch wenig Ressourcen verbraucht und ein geringes Gewicht aufweist, was insbesondere bei einem Einsatz in einem Wärmeübertrager 2 in einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs 3 von großem Vorteil ist.In principle, a crest of waves can 5 have a saddle width B s of 2.0 mm to 4.0 mm, in particular of approx. 2.5 mm (cf. 3rd ), whereby a wave trough can have a trough width B T identical to this, likewise from 2.0 mm to 4.0 mm, in particular from approx. 2.5 mm. The corrugated rib structure 1 can have a total height H of 3.0 mm to 5.0 mm, in particular of approx. 4 mm, particularly preferably of 3.42 mm. For the corrugated rib structure 1 For example, a sheet metal with a thickness d of 0.08 mm to 0.2 mm, in particular 0.15 mm, is used, whereby the corrugated rib structure according to the invention is not only easy and thus inexpensive to reshape and manufacture, but also uses few resources and a has low weight, which is particularly important when used in a heat exchanger 2 in an internal combustion engine of a motor vehicle 3rd is of great benefit.

Alles in allem kann mit der erfindungsgemäßen Wellrippenstruktur 1 eine Wärmeübertragerleistung gesteigert und zugleich ein Druckverlust reduziert werden, wodurch beispielsweise mit einer derartigen Wellrippenstruktur 1 ausgestattete Wärmeübertrager 2 kleiner, insbesondere kürzer, gebaut werden können, oder bei gleicher Baugröße eine höhere Leistung erzielen.All in all, with the corrugated rib structure according to the invention 1 a heat exchanger performance can be increased and at the same time a pressure loss can be reduced, which means, for example, with such a corrugated fin structure 1 equipped heat exchanger 2 can be built smaller, in particular shorter, or achieve higher performance with the same size.

Claims (12)

Wellrippenstruktur (1) für einen Wärmeübertrager (2), insbesondere für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Wellrippenstruktur (1) in Durchströmungsrichtung (4) verlaufende wellenförmige Wellenberge (5) und Wellentäler (6) aufweist, die über ebenfalls in Durchströmungsrichtung (4) verlaufende wellenförmige Wände (7) miteinander verbunden sind, wobei in den Wellenbergen (5) und/oder in den Wellentälern (6) nach innen ausgestellte Flügel (8) vorgesehen sind.Corrugated fin structure (1) for a heat exchanger (2), in particular for an internal combustion engine in a motor vehicle (3), characterized in that the corrugated fin structure (1) has wave-shaped wave crests (5) and wave troughs (6) which extend in the flow direction (4) are connected to one another via undulating walls (7) also running in the direction of flow (4), with inwardly flared wings (8) being provided in the wave crests (5) and / or in the wave troughs (6). Wellrippenstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel (8) um einen Winkel Φ zwischen 30°≤ Φ ≤ 80°, vorzugsweise um einen Winkel Φ von ca. 55° nach innen ausgestellt sind.Corrugated rib structure according to Claim 1 , characterized in that the wings (8) are issued at an angle Φ between 30 ° ≤ Φ ≤ 80 °, preferably at an angle Φ of approximately 55 ° inward. Wellrippenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wellenlänge L in Durchströmungsrichtung (4) zwischen 7 mm ≤ L ≤ 12 mm beträgt.Corrugated rib structure according to Claim 1 or 2 , characterized in that a wavelength L in the flow direction (4) is between 7 mm ≤ L 12 mm. Wellrippenstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wellenhöhe H in Durchströmungsrichtung (4) zwischen 1 mm ≤ H ≤ 1,5 mm beträgt.Corrugated rib structure according to one of the preceding claims, characterized in that a wave height H in the direction of flow (4) is between 1 mm H 1.5 mm. Wellrippenstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flügel (8) eine Trapezform mit einer kürzeren Grundseite (9), einer längeren Grundseite (10) und zwei Schenkeln (11) aufweist.Corrugated rib structure according to one of the preceding claims, characterized in that the wing (8) has a trapezoidal shape with a shorter base side (9), a longer base side (10) and two legs (11). Wellrippenstruktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, - dass die kürzere Grundseite (9) eine Breite B1 von ca. 0,88 mm aufweist, und/oder - dass die längere Grundseite (10) eine Breite B2 von ca. 1,6 mm aufweist, und/oder - dass die Schenkel (11) eine Länge Ls von ca. 0,95 mm aufweisen.Corrugated rib structure according to Claim 5 , characterized in - that the shorter base side (9) has a width B 1 of approximately 0.88 mm, and / or - that the longer base side (10) has a width B 2 of approximately 1.6 mm, and / or - that the legs (11) have a length L s of approx. 0.95 mm. Wellrippenstruktur nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die längere Grundseite (10) des trapezförmigen Flügels (8) um einen Winkel α von ca. 70° zur Durchströmungsrichtung (4) geneigt ist.Corrugated rib structure according to Claim 5 or 6th , characterized in that the longer base side (10) of the trapezoidal wing (8) is inclined at an angle α of approximately 70 ° to the direction of flow (4). Wellrippenstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände (7) einen Winkel β zwischen 92°≤ β ≤ 94° zum daran angebundenen Wellenberg (5) und Wellental (6) einschließen.Corrugated rib structure according to one of the preceding claims, characterized in that the walls (7) enclose an angle β between 92 ° β 94 ° to the wave crest (5) and wave trough (6) connected to them. Wellrippenstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellrippenstruktur (1) als tiefgezogenes Blechstanzteil ausgebildet ist.Corrugated rib structure according to one of the preceding claims, characterized in that the corrugated rib structure (1) is designed as a deep-drawn stamped sheet metal part. Wellrippenstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass ein Wellenberg (5) eine Sattelbreite Bs von 2 mm bis 4 mm aufweist, und/oder - dass ein Wellental (6) eine Talbreite BT von 2 mm bis 4 mm aufweist, und/oder - dass die Wellrippenstruktur (1) eine Höhe H von 3 mm bis 5 mm aufweist.Corrugated rib structure according to one of the preceding claims, characterized in that - a wave crest (5) has a saddle width B s of 2 mm to 4 mm, and / or - that a wave trough (6) has a valley width B T of 2 mm to 4 mm , and / or - that the corrugated rib structure (1) has a height H of 3 mm to 5 mm. Wellrippenstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Blech der Wellrippenstruktur (1) eine Dicke d von 0,08 mm bis 0,2 mm, insbesondere 0,15 mm, aufweist.Corrugated rib structure according to one of the preceding claims, characterized in that a sheet metal of the corrugated rib structure (1) has a thickness d of 0.08 mm to 0.2 mm, in particular 0.15 mm. Wärmeübertrager (2) mit zumindest einer Wellrippenstruktur (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Heat exchanger (2) with at least one corrugated fin structure (1) according to one of the preceding claims.
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