DE1452805C - Verfahren und Vorrichtung zum Her stellen eines plattenförmigen Warmeaus tauschers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines plattenförmigen Wärmeaustauschers aus Blech mit Innenkanälen und Außenrippen durch Walzpreßschweißen zweier aufeinander gelegter Bleche, wenigstens beidseits entlang der Innenkanäle, wobei das zwischen den Innenkanälen verbleibende, Stege bildende Blechmaterial entlang gerader Linien gestanzt und aus der Fläche der Platte ausgebogen und gestreckt wird.' '

Zum Herstellen derartiger Wärmeaustauscher ist es aus der USA.-Patentschrift 2 999 308 bekannt, bei dem durch Walzverschweißen zweier aufeinandergelegter Platten nach Einbringen eines das Verschweißen verhindernden Trennmittels im Bereich der Innenkanäle und anschließendes Aufwölben der Innenkanäle durch Einführen eines Druckmediums hergestellten Blechkörper die zwischen den Innenkanälen verbleibenden Stege des Verbundmaterials aufzustanzen und auszubiegen. Dadurch wird eine verbesserte Umströmung der durch die Innenkanäle gebildeten Rohre mit dem umgebenden Medium erreicht. Bei diesem bekannten Wärmeaustauscher ist jedoch die Breite der durch die ausgestanzten Zwischenstege gebildeten Rippen in jedem Fall vom Abstand der durch die Innenkanäle gebildeten Rohre

ίο abhängig. Durch die leiterförmige Anordnung der Rippen in der Platte und die damit zwangsläufig durch die Querverbindungskanäle gebildeten Zwischenstege zwischen den durch die Innenkanäle gebildeten Rohren ist eine engere Anordnung der Röhre¹ nach dem Ausbiegen nicht möglich. Ein Strecken der durch Aufbiegen gebildeten Rippen mit üblichen Einrichtungen führt nicht zum Ziel, da dabei die Rippen an ihrer freien Kante auch in ihrer Längsrichtung gestreckt werden und so Spannungen auftreten, durch welche sich der Blechkörper verzieht oder aber die Verbindung zwischen den verschweißten Blechplatten beeinträchtigt wird und somit Undichtigkeiten auftreten können.

Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugründe, die Rippenflächen auch bei geringem Abstand der Rohre wesentlich größer zu bilden, ohne daß Spannungen in den Schlitzen entstehen.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die die Außenrippen bildenden Stegabschnitte durch Ausstanzen entlang einer U-förmigen oder I-förmigen Linie gebildet werden und gleichzeitig mit dem Abbiegen nur senkrecht zu der frei endenden Quer-Schnittlinien verbindende Längs-Schnittkante gestreckt werden.

Die Wirkung der damit beanspruchten Maßnahmen entsteht darin, daß ein Abstrecken nur in Querrichtung der Rippen, d. h. nur in Richtung auf die Schnittkanten zu-erfolgt, wobei eine Längenänderung in Richtung der Außenkante und damit auch die inneren Spannungen vermieden werden.

Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, bestehend aus einer eine Unterstützung der nicht abzustreckenden Flächenabschnitte bildenden Matrize und mindestens einem Stechstempel ,ist vorzugsweise so ausgebildet, daß der Stechstempel hinter den an die Stechkante stoßenden Stechflächen Keilflächen und daran anschließend Streckflächen aufweist, die mit den zugeordneten Seitenflächen der Öffnung in der Matrize einen in Vorschubrichtung des Stechstempels sich verengenden Ziehspalt bilden. Dabei kann der Stempel auch eine abgerundete Vorderkante an Stelle der Stechkante aufweisen.

Bei der Vorrichtung zum Herstellen von gegenseitig ausgebogenen Rippen sind zweckmäßig je-

weils zwei gegenläufiige Stechstempel vorgesehen, deren einander gegenüberliegende Flächen in Vorschubrichtung liegen und an deren vorderen Enden die Schneidkante»! liegen.
Zum einschlägigen Stand der Technik wird auf die USA.-Patentschrift 2 856 162 verwiesen, wonach zwischen den Rohren eines Wärmeaustauschers Schlitze angebracht werden und das Blechmaterial zu schaufelartigen Flächen verformt wird. Jedoch tritt auch hier eine Spannung innerhalb der ausgebogenen und gestreckten Flächen auf, da das die Rohre verbindende Blechmaterial nur längs einer Geraden geschlitzt wird.
Es ist weiter ein Verfahren zur Herstellung der mit

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umgelegtem Rand versehenen zylindrischen Ansätze tauschers aus Blech, der unier Abwandlung des

zur Aufnahme der aktiven Masse an Sammlerplat- erfindungsgemäßen Verfahrens mit Rippen versehen

ten aus gewalztem Blei bekannt, bei dem die Blei- werden kann;

platte mittels zugespitzter Stempel durchstochen und Fig. 14 einen Querschnitt des in Fig. 13 gezeig-

das aufgetriebene Bleimaterial in den Spielraum zwi- 5 ten Wärmeaustauschers aus Blech während einer

sehen den Stempeln und Löchern einer Matrize zu Zwischenphase der Herstellung der Rippen,

dünnwandigen Röhrchen ausgezogen wird, deren Fig. 15 einen Querschnitt des in Fig. 13 gezeig-

Enden alsdann mittels weiterer Stempel umgebördelt ten Wärmeaustauschers aus Blech nach Herstellung

werden (deutsche Patentschrift 254 255). Bei diesem der Rippen.

bekannten Verfahren tritt jedoch das erfindungs- io In Fig. 1 ist ein Wärmeaustauscher 1 gezeigt, gemäße Problem aus dem Grund nicht auf, da die welcher aus einem Blechbogen mit einer Anzahl von Verdünnung der ausgestanzten, zuerst scheibenför- sich einwärts erstreckenden Kanälen 2 zur Aufnahme migen Abschnitte an sich durch die mit dem Auf- eines Mediums besteht, die durch Stege 3 voneinbiegen,, verbundene Vergrößerung des Radius der ander getrennt sind. ,_'.„.;,

innenliegeriden Teile zwangsläufig erfolgt und da 15 Das Verfahren näcrPiier USA.-Patentschrift

außerdem bei der Bearbeitung von Blei durch die 2 690 002 zum Herstellen des Wärmeaustauschers 1

Weichheit des Materials Spannungen im wesent- umfaßt das Aufbringen eines schweißhindernden

liehen überhaupt nicht auftreten können. Materials auf die saubere Oberfläche eines Blechs,

Aus der britischen Patentschrift 805 630 ist ein worauf ein zweites Blech mit einer sauberen Ober-Verfahren zur Herstellung eines mit Rippen ver- 20 fläche auf die erste Oberfläche des ersten Blechs sehenen plattenartigen Hohlkörpers bekannt, bei gelegt wird und beide Bleche zur Vermeidung einer welchem ein Verbundblechkörper gebildet wird, der Relativbewegung aneinander befestigt und durch in bestimmten Zonen ein System aus durch einen Warmwalzen miteinander verschweißt werden. Da-Materialbahnabschnitt des Verbundblechkörpers be- bei werden die durch das schweißhindernde Magrenzten Leitungen für ein entsprechendes Medium 25 terial voneinander nicht getrennten aneinanderenthält und bei welchem der Verbundblechkörper liegenden Flächen der Bleche miteinander verbunim Materialbahnabschnitt zur Bildung eines lappen- den. Durch das Warmwalzen der Bleche wird ihre artigen Teils gestanzt und letzterer in einem Winkel Dicke reduziert und der erhaltene Zuschnitt in einer ausgebogen wird. Dort werden jedoch die lappen- Walzrichtung verlängert, während seine Breite im artigen Teile nicht gestreckt, so daß auch keine 30 wesentlichen gleich bleibt. Gewöhnlich ist nach dem gleichzeitige Verdünnung und Verlängerung in der Warmwalzvorgang der erhaltene Zuschnitt z. B. entsprechenden Richtung erfolgt. durch Ausglühen geschmeidiger, wobei er auch auf

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der die gewählte Endform kaltgewalzt und danach wie-

Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. der z. B. durch Ausglühen erweicht werden kann.

In der Zeichnung zeigt 35 Nach Enthärten des''Zuschnitts wird der nicht ver-

Fig. 1 perspektivisch ein Teil eines Wärmeaus- bundene Bereich durch Einbringen eines Drucktauschers aus Blech, mittels aufgeweitet, so daß an seinen unverschweiß-

F i g. IA perspektivisch eine andere Ausführungs- ten Flächen die Kanäle 2 entstehen,

form des in Fig. 1 gezeigten Wärmeaustauschers in Der in Fig.l gezeigte Wärmeaustauscher 1 kann

der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, 40 nach einer Ausführungsform mit Rippen versehen

Fig. 2 perspektivisch eine . Teilansicht eines werden, indem mittels eines Werkzeuges die Stege3

Blechwärmeaustauschers ähnlich Fig. IA, zwischen den Kanälen2 aufgetrennt werden und

F i g. 3 perspektivisch eine Teilansicht einer Zwi- gleichzeitig Rippen gebildet, werden, welche in der

schenphase des erfindungsgemäßen Verfahrens, Richtung gestreckt werden, in welcher sie sich von

Fig. 4 perspektivisch eine weitere Phase des er- 45 der Platte erstrecken.

findungsgemäßen Verfahrens, welche der Phase ge- Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der

maß F i g. 3 folgt, Wärmeaustauscher 1 mit Rippen versehen werden,

Fig. 5 perspektivisch eine weitere Phase des er- indem die Stege3 zur Ausbildung von Stegabschnit-

findungsgemäß hergestellten Wärmeaustauschers aus ten 21, 22 zunächst gestanzt werden (F i g. 3, 4). Das

Blech, 50 Ausstanzen kann z. B. entlang einer U-förmigen

gemäß F i g. 4 folgt, Linie 4 oder aber in Form einer Vielzahl von Schnit-

Fig. 6 perspektivisch eine Teilansicht eines er- ten, welche(Fig. 1) aus zwei „parallelen Linien5

findungsgemäß hergestellten Wärmeaustauschers und 6 und einer diese Linien miteinander verbinden-

aus Blech, den senkrechten Linie 7 bestehen, d. h. entlang einer

F i g. 7 eine Schnittansicht längs der Linie VII-VII 55 I-förmigen Linie erfolgen. Es können auch ein oder

in Fig. 6, mehrere Stegabschnitte21 und 22 gestanzt und von

Fi g. 8 eine Schnittansicht längs der Linie VIII- der Platte aus in einem Winkel zu der Platte gebogen

VIII in Fig. 7, .. , und gestreckt werden.

Fig. 9 perspektivisch eine Teilansicht einer wei- Der Stanz- und Streckvorgang erfolgt mittels eines

teren Ausführungsfqrm der Vorrichtung, 60 Stechstempels 8 und einer Matrize 9. Wie in F i g. 2

Fig. 10 perspektivisch eine Teilansicht einer gezeigt ist, besteht die Matrize9 aus zwei in Abanderen Ausführungsform der Vorrichtung, stand voneinander angeordneten Matrizenteilen 10

Fig. 11 eine Schnittansicht einer weiteren Aus- und 11, auf welche der Wärmeaustauscher 1 gelegt

führungsform der Vorrichtung, wird. Dabei befindet sich zwischen den Seitenflächen

Fig. 12 einen Querschnitt eines mittels der Vor- 65 14 und 15 der Matrize9 unter dem zu durchstechen-

richtung gemäß Fig. 11 mit Rippen versehenen den und zu streckenden Teil des Steges 3 eine öff-

Wärmeaustauschers aus Blech, nungl3. Die Matritzenteile 10 und 11 erstrecken

Fig. 13 eine Schnittansicht eines Wärmeaus- sich entweder entsprechend der Länge des Steges3

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oder bestehen aus mehreren Paaren, die so zuein- ist, aus welchem sie gebildet wurden, so die dem

ander angeordnet sind, daß eine Öffnung unmittelbar Steg 3' benachbarten Außenrippen 23 bzw. 24 gemäß

unter dem zu durchstechenden und zu streckenden Fig. 8.

Teil des Steges 3 vorhanden ist. Die Matrizenteile Wie in F i g. IA gezeigt ist, sind die Matrizenteile 10 bzw. 11 können mit einer Schulter 12 versehen 5 10 und 11 mit Auflageflächen 12 α versehen, welche sein, welche am Ausbauchungsabschnitt der benach- als Stütze der Stege 3 des Wärmeaustauschers 1 diebarten Kanäle 2 anstößt. nen. Ferner sind die Stege 3 des Wärmeaustauschers 1

Der Stechstempel 8 ist zwischen den Matrizen- zur Verhinderung einer Verformung während des

teilen 10 und 11 zu der Öffnung 13 ausgerichtet und Stech- und Streckvorganges durch die Niederhalter

kann auch von Hand betätigt werden. Vorzugsweise io 10 α und 11 α festgeklemmt, welche zur Aufnahme der

wird er jedoch mittels bekannter Vorrichtungen hin- Kanäle 2 Ausnehmungen 50 aufweisen. Die Form des

und herbewegt. Der Stechstempel 8 weist eine Stech- Stechstempels 8 ist dabei, auch abgeändert, indem

kante 17 und an diese anstoßende Stechflächen 16 lediglich abgeschrägte Stechflächen 16 α von der

auf, an die sich Keilflächen 18 anschließen, an denen Stechkante 17 zu den Streckflächen 19 führen.

Streckflächen 19 angrenzen. Diese Streckflächen 19 15 Werden die Stegabschnitte zunächst entlang der

sind von den Seitenflächen 14, 15 in einem Abstand Linie 4 oder den Linien 5, 6 und 7 im Steg 3 des

angeordnet, welcher der gewünschten Dicke der Wärmeaustauschers 1 gemäß Fig. 1 gestanzt bzw.

fertigen Rippen entspricht. geschlitzt, kann ein Stechstempel 8' mit abgerundeter

Wenn der Stechstempel 8 im Betrieb gesenkt wird, Vorderkante 25, zur Verwendung gelangen, welcher

wird der Steg 3 durch die Stechkante 17 und die 20 gegen die Schnittlinie 7 im Steg 3 direkt gerichtet

Stechflächen 16 nach unten in die Öffnung 13 zwi- wird. Bei der Bewegung des Stechstempels 8' gegen

sehen die Seitenflächen 14 und 15 gedrängt, bis der und zwischen die Seitenflächen 14 und 15 wird das

Steg 3 genügend tief ausgebogen ist, worauf die zwischen den Linien 5, 6 und 7 eingeschlossene

Stechkante 17 des Stechstempels 8 den Steg längs Metall entlang Falzlinien abgebogen und gleich-

einer Brechlinie 20 aufschlitzt und ein lappenartiger 25 zeitig durch die Keilflächen 18 des Stechstempels 8'

Teil aufgeschlagen und von dem Wärmeaustau- gezogen.

scher 1 ausgeschnitten wird und von letzterem ab- Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 10 gewärts hängt. Bei der weiteren Abwärtsbewegung des zeigt. Der Stechstempel 8" besitzt eine Schneidkante Stechstempels 8 treten dann die Keilflächen 18 durch 27, nur eine Stechfläche 28 und nur eine Keilfläche die durch den abgeschnittenen Teil des Steges 3 ge- 30 29. Bei dieser Ausführung wird bei Abwärtsbewebildete Öffnung. Bei der weiteren Abwärtsbewegung gung des Stechstempels 8" der an der Schneidkante des Stechstempels 8 durch den Steg 3 strecken oder 27 anstoßende Teil des Stegs 3 abgeschnitten, wobei »plätten« die Streckflächen 19 danach die Stegab- der sich zwischen einem Kanal 2 und der Schnittschnitte 21 und 22 und verlängern letztere in der linie befindende Teil von der Stechfläche 28 nach Richtung, in welcher sie sich von dem Wärmeaus- 35 außen gestoßen und von der Keilfläche 29 gestreckt tauscher 1 erstrecken. Infolge der Bewegung des wird, so daß die gewünschte Außenrippen erhalten Stechstempels 8 werden aus den ursprünglich auf- werden.

geschlagenen und ausgestanzten lappenartigen Tei- In Fig. 11 ist eine weitere Ausführungsform gelen die Außenrippen 23 und 24 gebildet, wobei eine zeigt, bei welcher sich benachbarte Rippen in entÖffnung durch den Steg 3 verbleibt. Somit entsteht 40 gegengesetzten Richtungen vom Wärmeaustauscher 1 ein lamellenartiger Wärmeaustauscher, dessen Steg- erstrecken. Dabei ist der Wärmeaustauscher 1 zwiabschnitte aus dem Steg 3 ausgeschnitten und um sehen Matrizen 9 und 9' festgehalten, in deren auseine Falzlinie so gebogen sind, daß sie sich von dem gerichteten Öffnungen 13 und 13' zwei gegenläufige Wärmeaustauscher 1 nach außen in einem Winkel Stempel 8'" angeordnet sind. Diese Stechstempel 8'" erstrecken. 45 sind dem in F i g. 10 gezeigten Stechstempel 8" zwar

Es kann auch eine Vielzahl von solchen Außen- ähnlich, jedoch bewegen sich ihre einander gegenrippen23, 24 hergestellt werden, indem entweder überliegenden Flächen 26 bei Bewegung dieser Stecheine Vielzahl von den in der Zeichnung gezeigten stempel dicht aneinander vorbei und wirken somit Stechstempeln 8 verwendet wird, oder indem der als Scheren. Bei Bewegung der Stechstempel 8'" Wärmeaustauscher 1 entsprechend vorgeschoben 50 gegeneinander durch die Öffnungen 13 und 13' wird wird, um nacheinanderfolgende Teile der Stege 3 der entstandene lappenartige Teil zu entsprechenmit dem Stechstempel 8 zu bearbeiten. den Rippen gerichtet und gezogen, welche sich auf

In Fig. 6 ist eine andere Ausführungsform ge- entgegengesetzten Seiten des Wärmeaustauschers! zeigt, wobei sich die Ebene der Außenrippen 23 bzw. erstrecken. Der so erhaltene Lamellenwärmeaus-24 in einer Richtung erstreckt, die zur Richtung, in 55 tauscher ist in Fig. 12 gezeigt, woraus ersichtlich welcher sich die Kanäle 2 erstrecken, senkrecht ver- ist, daß Teile des Steges 3 an der Schnittfläche anläuft, liegen, welche durch die zusammenwirkenden Stanz-

Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausbildung können stempele'" gebildet wird und benachbarte Rippen auch mehrere Außenrippen 23 bzw. 24 zueinander ; sich von entgegengesetzten Seiten des Wärmeausausgerichtet oder in jeder beliebigen Form längs 60 tauschers 1 erstrecken und eine Dicke aufweisen, dem Steg3 vorgesehen sein. So ist in Fig. 7 eine welche im Vergleich zur ursprünglichen Dicke des Vielzahl von zueinander ausgerichteten Außenrip- Steges 3 wesentlich geringer ist. Dies ist an Hand des pen 23 bzw. 24 entlang der Linie VIII-VIII ange- dargestellten Teils 3' des Steges zwischen Teilen geordnet, zeigt, welche zur Bildung der gewünschten Rippen

Durch die Erfindung wird die Wirksamkeit des 65 30 und 31 gestreckt wurden.

Wärmeaustauschers 1 hinsichtlich der Primärober- Es können auch Stege 3 mit einer inneren Trennfläche der Platte erhöht, wobei die Dicke der erhal- lage32 (Fig. 13) hergestellt werden, welche in Ab- <enen Außenrippen wesentlich geringer als der Steg stand von den Kanälen 2' angeordnet ist. Eine solche

Trennlage 32 kann ohne weiteres erhalten werden, indem eine zusätzliche Schicht aus Trennmaterial zwischen den aufeinanderliegenden Blechen in Abstand von der Schicht eingelegt wird, welche die Innenkanäle begrenzt. Hiervon ausgehend kann ein Wärmeaustauscher 1' mit Außenrippen 33 und 34 (F i g. 13), welche wiederum aus entlang einer Trennlinie 37 getrennten Lagen 35 und 36 bestehen, hergestellt werden. Bei dieser Ausführung, erfolgt die weitere Unterteilung der Rippen 33 und 34 in eine Mehrzahl von Hilfsrippen 38 und 39 bzw. 40 und

41. Hierdurch entsteht eine wesentliche Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche des Wärmeaustauschers.

Durch eine beliebige Änderung der Zahl der zwischen mehreren aufeinanderliegenden Blechen eingefügten Lagen aus schweißhinderndem Material können die Außenrippen in eine Mehrzahl unterteilt werden. Durch solche Veränderung der Zahl der Einlagen können drei oder mehrere Hilfsrippen je nach der speziellen Verwendung des betreffenden Wärmeaustauschers vorgesehen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 209 552/4

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines plattenförmigen Wärmeaustauschers aus Blech mit Innenkanälen und Außenrippen durch Walzpreßschweißen zweier aufeinander gelegter Bleche, wenigstens beidseits entlang der Innenkanäle, wobei das zwischen den Innenkanälen verbleibende, Stege bildende Blechmaterial entlang gerader Linien gestanzt und aus der Fläche der Platte ausgebogen und gestreckt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die die Außenrippen (23, 24; 30, 31) bildenden Stegabschnitte (21, 22) durch Ausstanzen entlang einer U-förmigen oder I-förmigen Linie (4 bzw. 5, 6, 7) gebildet werden und gleichzeitig mit dem Abbiegen nur senkrecht zu der die frei endenden Quer-Schnittlinien verbindende Längs-Schnittkante gestreckt werden.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer eine Unterstützung der nicht abzustreckenden Flächenabschnitte bildenden Matrize und mindestens einem Stechstempel, dadurch gekennzeichnet, daß der Stechstempel (8) hinter den an die Stechkante (17) stoßenden Stechflächen (16) Keilflächen (18) und daran anschließend Streckflächen(19) aufweist, die mit den zugeordneten Seitenflächen (14, 15) der öffnung (13) in der Matrize (10, 11) einen in Vorschubrichtung des Stechstempels (8) sich verengenden Ziehspalt bilden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (8') eine abgerundete Vorderkante (25) an Stelle der Stechkante (17) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 zum Herstellen von gegenseitig ausgebogenen Rippen, gekennzeichnet durch jeweils zwei gegenläufige Stechstempel (8'"), deren einander gegenüberliegende Flächen (26) in Vorschubrichtung liegen und an deren vorderen Enden die Schneidkanten (27) liegen. ':■-