-
Die
Erfindung betrifft eine Wellrippe der im Oberbegriff des Anspruchs
1 angegebenen Gattung und einen mit einer solchen Wellrippe ausgerüsteten Wärmeaustauscher.
-
Wellrippen,
die auch als Lamellen bezeichnet werden, bestehen in der Regel aus
wellen-, mäander- oder zickzackförmig gebogenen
Blechen mit Strömungskanälen, die durch im Wesentlichen
glatte Flanken und diese verbindende Nocken begrenzt sind. Sie dienen
in Wärmeaustauschern für Kraftfahrzeuge, Kompressoren,
Klima- und Kälteanlagen od. dgl. zur Verbesserung der Wärmeaustauschleistung durch
Vergrößerung der wärmeaustauschenden
Flächen. Derartige Wellrippen werden unabhängig
von den im Einzelfall verwendeten Fluiden wie z. B. Öl, Wasser
oder Luft in dafür vorgesehenen Kanälen von Wärmeaustauschern
angeordnet, und ihre Nocken werden mit anderen der Wärmeübertragung
bestimmten Bauteilen eines Wärmeaustauschers wie z. B.
Platten, Rohren od. dgl. insbesondere durch Löten verbunden.
Aufgrund der glatten Flanken bilden sich in den Strömungskanälen
laminare Strömungen aus, die in den an die Flanken grenzenden
Zonen zu charakteristischen Grenzschichten führen, in denen
sich die durchströmenden Fluide im Idealfall weitgehend im
Stillstand befinden. In mittleren Kernzonen werden die Fluide dagegen
jeweils mit der größten Geschwindigkeit durch
die Strömungskanäle bewegt.
-
Die
Ausbildung der Grenzschichten hat zur Folge, dass die Oberflächen
der Flanken nur unvollständig für die Wärmeübertragung
nutzbar und die erzielbaren Wärmeaustauschleistungen gering
sind. Es ist daher bereits seit langer Zeit bekannt, die Flanken
der Wellrippen mit in Richtung der Strömungskanäle
vorstehenden (konvexen) oder von diesen zurückweichenden
(konkaven) Elementen in Form von Ausprägungen (z. B. Rippen
oder Sicken), Schlitzen od. dgl. zu versehen oder sie in Strömungsrichtung wellenförmig
auszubilden (z. B.
EP
0 706 212 A2 ,
EP 1
357 345 A2 ,
DE
10 2004 013 882 U1 ). Ein Ziel aller dieser Maßnahmen
besteht darin, in der Nähe der Flanken Wirbel zu bilden,
die Grenzschichten dadurch an den Flanken aufzureißen und
auf diese Weise eine mehr turbulente anstatt laminare Strömung
zu erzeugen.
-
Noch
günstigere Verhältnisse werden mit ebenfalls bereits
bekannten Wellrippen der eingangs bezeichneten Gattung erzielt (
DE 31 34 401 C1 ).
Die Ausprägungen sind hier spiegelsymmetrisch zu gedachten,
zwischen benachbarten Flanken erstreckten Symmetrieebenen ausgebildet,
so dass die Strömungskanäle in Strömungsrichtung
abwechselnd diffusorartig verbreitert und konfusorartig verengt
werden. Die damit verbundenen Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit
des durchströmenden Mediums fördern die Wirbelbildung
und das Auflösen der Grenzschichten und bewirken dadurch
eine erhöhte Wärmeaustauschleistung.
-
Ein
Nachteil dieser bekannten Wellrippen besteht allerdings darin, dass
die große Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit
in den engsten Abschnitten der Strömungskanäle
zu einer erheblichen Zunahme der Druckverluste Δp führt.
Das hat insbesondere zur Folge, dass die erzielbaren relativen Vergrößerungen
der Wärmeaustauschleistung ΔQ erheblich
kleiner als die relativen Zunahmen Δ(Δp) des damit verbundenen Druckverlusts
sind, weshalb der Quotient ΔQ/Δ(Δp) in der Regel
bei etwa 0,5 oder etwas darunter liegt, keinesfalls aber den Wert
1 oder einen Wert größer als 1 erreicht oder einem
solchen Wert nahe kommt. Ein Gewinn an Wärmeaustauschleistung
führt daher bisher unvermeidlich zu einer erheblichen Zunahme
der Druckverluste, was unerwünscht ist.
-
Ausgehend
davon besteht das technische Problem der vorliegenden Erfindung
darin, die Wellrippen der eingangs bezeichneten Gattung und damit ausgerüstete
Wärmeaustauscher so auszubilden, dass zwar die Wärmeaustauschleistung
weiter gesteigert, die dadurch bewirkte Zunahme des Druckverlustes
jedoch stärker als bisher reduziert wird.
-
Zur
Lösung dieses Problems dienen die kennzeichnenden Merkmale
der Ansprüche 1 und 31.
-
Erfindungsgemäß sind
die Wellrippen so gestaltet, dass sich die von ihren Flanken begrenzten Strömungskanäle
nicht nur aufgrund der Spiegelsymmetrie der Ausprägungen
in Strömungsrichtung abwechselnd diffusorartig verbreitern
und konfusorartig verengen, sondern auch in Richtung ihrer Höhe
unterschiedliche Tiefen aufweisen. Dadurch treten zusätzliche
Turbulenzen auf, die die Wirbelbildung insgesamt intensivieren.
Das führt zu dem überraschenden Vorteil, dass
für das Verhältnis ΔQ/Δ(Δp) Werte erreicht
werden, die zumindest nahe dem Wert 1 liegen. Das ist offensichtlich
eine Folge davon, dass einerseits die Grenzschichten wirksam aufgelöst
und andererseits die Erhöhungen der Druckverluste aufgrund
der variierenden Tiefe der Ausprägungen in Grenzen gehalten
werden, wobei die Tiefe der Ausprägungen in Richtung der
Höhen der Strömungskanäle zwischen einem
Wert – f(max) und einem Wert + f(max) variieren oder stetig
zu- oder abnehmen kann, d. h. die Tiefe kann sowohl hinsichtlich
des Vorzeichens als auch hinsichtlich der absoluten Größe variieren.
Das macht sich insbesondere bei kleinen Teilungen der Flanken der
Wellrippen vorteilhaft bemerkbar.
-
Weitere
vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiligenden, in
unterschiedlichen Maßstäben gehaltenen Zeichnungen
an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
-
1 perspektivisch
eine bekannte, zwischen zwei Platten eines Wärmeaustauschers
angeordnete Wellrippe;
-
2 eine
perspektivische Darstellung einer mit erfindungsgemäßen
Ausprägungen versehenen Wellrippe;
-
2a und 2b je
eine Vorderansicht und Draufsicht der Wellrippe nach 2;
-
3 eine
perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer mit erfindungsgemäßen Ausprägungen
versehenen Wellrippe;
-
4a bis 4c in
Vorderansichten entsprechend 2a die
Ausbildung der Ausprägungen nach 3, jedoch
an Wellrippen mit unterschiedlichen Grundstrukturen;
-
5 eine
schematische Seitenansicht der Wellrippe nach 2 und 3;
-
6 ein
weiteres Ausführungsbeispiel einer Wellrippe mit erfindungsgemäßen
Ausprägungen;
-
7a bis 7c in
Schnitten längs der Linie VII-VII der 6 Wellrippen,
die unterschiedliche Grundstrukturen und Ausprägungen nach 6 aufweisen;
-
8a bis 8c Schnitte
entsprechend 7a bis 7c,
jedoch längs der Linie VIII-VIII der 6;
-
9 eine
schematische Seitenansicht der Wellrippe nach 6;
-
10 eine
perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer mit erfindungsgemäßen Ausprägungen
versehenen Wellrippe;
-
11 eine
schematische Seitenansicht der Wellrippe nach 10;
-
12 eine
perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer mit erfindungsgemäßen Ausprägungen
versehenen Wellrippe;
-
13 eine
schematische Seitenansicht der Wellrippe nach 12;
-
14 eine
perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer mit erfindungsgemäßen Ausprägungen
versehenen Wellrippe;
-
15a bis 15d in
Vorderansichten in Richtung eines Pfeils s der 14 den 2a und 4a bis 4c entsprechende
Darstellungen von Ausprägungen nach 14, jedoch
an Wellrippen mit unterschiedlichen Grundstrukturen;
-
16 eine
schematische Seitenansicht der Wellrippe nach 14;
-
17 bis 19 der 16 entsprechende,
schematische Seitenansichten der Wellrippe nach 14,
jedoch mit unterschiedlich ausgebildeten, erfindungsgemäßen
Ausprägungen;
-
20 und 21 perspektivische
Darstellungen weiterer Ausführungsbeispiele von mit erfindungsgemäßen
Ausprägungen versehenen Wellrippen;
-
22a bis 22d in
Vorderansichten in Richtung eines Pfeils u der 20 und 21 den 15a bis 15d entsprechende
Darstellungen von Ausprägungen nach 20, jedoch
an Wellrippen mit unterschiedlichen Grundstrukturen;
-
23 eine
schematische Seitenansicht der Wellrippe nach 20;
-
24 eine
der 23 entsprechende Seitenansicht einer Wellrippe,
die gegenüber 20 veränderte Ausprägungen
aufweist;
-
25 eine
schematische Seitenansicht der Wellrippe nach 21;
-
26 eine
perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer mit erfindungsgemäßen Ausprägungen
versehenen Wellrippe;
-
27a einen Schnitt längs der Linie
XXVII-XXVII der 26;
-
27b und 27c der 27a entsprechende Schnitte durch Wellrippen
mit gegenüber 26 und 27a anderen
Grundstrukturen; und
-
28 eine
schematische Seitenansicht der Wellrippe nach 26.
-
1 zeigt
schematisch ein Teilstück eines Wärmeaustauschers
mit zwei parallelen Platten 1 und 2 und einer
zwischen diesen angeordneten, bekannten Wellrippe bzw. Lamelle 3.
Die Wellrippe 3 enthält eine Vielzahl von parallel
zu den Platten 1 und 2 erstreckten Strömungskanälen 4,
die seitlich durch je zwei quer zu den Platten 1 und 2 angeordnete Flanken 5 und
ein nachfolgend kurz als Nocken 6 bezeichnetes Decken-
oder Bodenteil begrenzt sind, das die Flanken 5 an ihren
einen Endkanten miteinander verbindet. Dadurch sind die Strömungskanäle 4,
wie 1 zeigt, abwechselnd auf der einen oder anderen,
von den Nocken 6 entfernten Ober- bzw. Unterseiten offen
und dort durch die eine Platte 1 oder die andere Platte 2 begrenzt.
Normalerweise sind die Nocken 6 mit den Platten 1, 2 durch
Löten fest und dicht verbunden, so dass die Platten 1 und 2 durch
die Wellrippen 3 auf Abstand gehalten sind und ein Fluid
in Form einer Flüssigkeit oder eines Gases die Strömungskanäle 4 nur
in einer Längsrichtung durchströmen kann. Diese
Längsrichtung ist in 1 schematisch
durch die x-Achse eines gedachten, kartesischen Koordinatensystems
definiert, dessen xy-Ebene parallel zu den Platten 1 und 2 und
dessen z-Achse in Richtung der Höhe der Strömungskanäle 4 bzw.
des Abstands zwischen den oberen und unteren Nocken 6 erstreckt
ist.
-
Wärmeaustauscher
dieser Art sind allgemein bekannt und brauchen dem Fachmann daher
nicht näher erläutert werden. Außerdem
ist klar, dass die Wellrippen 3 anstatt zwischen Platten 1, 2 auch
zwischen anderen Wärmeaustauschelementen wie z. B. zwischen
den Wänden von Flachrohren od. dgl. angeordnet sein können.
-
2, 2a und 2b zeigen
eine Wellrippe 7 mit Flanken 8 und Nocken 9,
die wie in 1 abwechselnd die nach oben
und unten offenen Strömungskanäle 4 begrenzen.
In der Mitte zwischen je zwei Flanken 8 sind gedachte Symmetrieebenen 10 (2a)
vorhanden, die parallel zur xz-Ebene des gedachten Koordinatensystems
angeordnet sind und zu denen die Flanken 8 paarweise Spiegelsymmetrie aufweisen.
-
Erfindungsgemäß sind
die Flanken 8 mit in der Längsrichtung x hintereinander
angeordneten Ausprägungen versehen, wie nachfolgend insbesondere
anhand der 2 und 2a für
drei in y-Richtung nebeneinander liegende Flanken 8a, 8b und 8c beschrieben
ist, die zwei Strömungskanäle 4a und 4b begrenzen.
Die Flanke 8a ist mit einer Ausprägung 11,
die Flanke 8b mit einer Ausprägung 12 und
die Flanke 8c mit einer Ausprägung 14 (2a)
versehen. Alle drei Ausprägungen 11, 12 und 14 weisen
je zwei in Richtung der Höhe h (= z-Richtung) der Strömungskanäle 4a und 4b übereinander
angeordnete Abschnitte 11a, 11b bzw. 12a, 12b bzw. 14a, 14b auf. Der
in einem unteren Bereich der Flanke 8a befindliche Abschnitt 11a steht
entsprechend 2a von einer Mittelebene 15 der
Flanke 8 nach außen vor, d. h. erstreckt sich
vom betreffenden Strömungskanal 4a weg, so dass
dieser Abschnitt 11a bezüglich des Strömungskanals 4a konvex
ausgebildet ist. Dagegen ragt der in einem oberen Bereich der Flanke 8a befindliche
Abschnitt 11b von der Mittelebene 15 aus nach
innen in den betreffenden Strömungskanal 4a hinein
und ist daher bezüglich dieses Strömungskanals 4a konkav
ausgebildet.
-
Die
Flanke 8b ist bezüglich einer den Strömungskanal 4a durchsetzenden
Symmetrieebene 10a spiegelsymmetrisch zur Flanke 8a ausgebildet. Daher
ragt der untere Abschnitt 12a der Ausprägung 12 konvex
aus dem Strömungskanal 4a nach außen, während
der obere Abschnitt 12b konkav in den Strömungskanal 4a hinein
ragt.
-
Die
weitere, in y-Richtung folgende Flanke 8c (2a)
ist entsprechend der Flanke 8a und eine darauf folgende,
weitere Flanke 8d ist entsprechend der Flanke 8b ausgebildet,
so dass die beiden den Strömungskanal 4b begrenzenden
Flanken 8b, 8c spiegelsymmetrisch zu einer durch
diesen erstreckten Symmetrieebene 10b und die Flanken 8c und 8d spiegelsymmetrisch
zu einer die Mitte eines weiteren Strömungskanals 4c durchsetzenden
Symmetrieebene 10c ausgebildet sind. Daraus folgt, dass
vorzugsweise alle Flanken 8 und ihre Ausprägungen 11, 12 und 14 jeweils
paarweise spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieebene 10 sind,
die den von ihnen begrenzten Strömungskanal 4 mittig
durchsetzt.
-
In
der Längsrichtung x der Strömungskanäle 4 sind,
wie 2 zeigt, jeweils mehrere Ausprägungen 11, 12 und 14 hintereinander
angeordnet, die vorzugsweise identisch zu den bereits beschriebenen
Ausprägungen 11, 12 und 14 ausgebildet
sind. Dadurch wird erreicht, dass z. B. der von den Flanken 8a, 8b begrenzte
Strömungskanal 4a in der Längsrichtung
x nacheinander zwischen den in 2a unteren
Abschnitten 11a, 12a jeweils diffusorartig erweitert
und gleichzeitig zwischen den darüber angeordneten Abschnitten 11b, 12b konfusorartig
verengt wird. Zwischen den in der Längsrichtung x benachbarten
Ausprägungen 11 und 12 weisen die Flanken 8 ebene,
in der Längsrichtung x erstreckte Bereiche 16 auf,
die frei von Ausprägungen 11, 12 sind.
Daher nimmt der Strömungskanal 4a hier eine vorgegebene Breite
an, die er auch bei einer üblichen, keine Ausprägungen 11, 12 aufweisenden
Wellrippe 7 annehmen würde.
-
In
den Strömungskanal 4b, der dem beschriebenen Strömungskanal 4a in
Richtung der y-Achse benachbart ist und seitlich durch die Flanken 8b und 8c begrenzt
wird, ist die Anordnung entsprechend. Ein Unterschied besteht nur
darin, dass hier die Ausprägungen 12 und 14 im
unteren Teil der Flanken 8b und 8c zwei konkav
in den Strömungskanal 4b hineinragende Abschnitte 12a, 14a und
im oberen Teil zwei konvex vom Strömungskanal 4b wegragende
Abschnitte 12b, 14b aufweisen. In der Längsrichtung
x folgen daher auch im Strömungskanal 4b abwechselnd
diffusorartige Erweiterungen und konfusorartige Verengungen des
Strömungsquerschnitts aufeinander, wobei einer Verengung
im unteren Teil eine Erweiterung im oberen Teil des Strömungskanals 4b entspricht
und umgekehrt.
-
Entsprechende
Erweiterungen und Verengungen sind in den weiteren Strömungskanälen 4c usw.
der Wellrippe 7 vorhanden.
-
Aufgrund
der abwechselnden diffusor- und konfusorartigen Änderung
der Breite der Strömungskanäle 4 wird
die Geschwindigkeit des sie durchströmenden Fluids abwechselnd
verzögert und beschleunigt, wodurch sich Wirbel bilden,
die die sonst in der Nähe der Flankenoberflächen
bestehenden Grenzschichten wirksam aufreißen und dadurch
zu einer Unterbrechung der laminaren Strömungen führen.
Außerdem führt die Wirbelbildung zu einem Massenausgleich
zwischen den Rand- und den Kernströmungen. Dadurch wird
in der Strömungsrichtung eine ständige Vermischung
der in den Rand- und Kernbereichen vorhandenen Fluidmengen und damit eine
erhöhte Wärmeübertragung vom Fluid auf
die Wellrippen 7 bzw. umgekehrt erreicht. Das gilt vor
allem auch deshalb, weil sich gemäß 2 und 2a die
Breiten der Strömungskanäle 4a, 4b usw. in
den unteren und oberen Bereichen entgegengesetzt ändern,
was zu entgegengerichteten Wirbeln und Strömungen führt.
Mit anderen Worten hat die in Richtung der Höhe der Strömungskanäle
variierende Tiefe der Ausprägungen bzw. die Änderung
des Abstands zwischen zwei Ausprägungen von benachbarten
Flanken sowie der Breite der Ausprägungen in oberen und
unteren Bereichen der Strömungskanäle zusätzliche
Strömungen der Grenzschichten der Medien an den Flanken
in Quer-Neigungsrichtung zur Hauptrichtung (entlang des Strömungskanals)
zur Folge, durch die zusätzliche Turbulenzen im Bereich der
Grenzschichten entstehen.
-
Wie
insbesondere 2 zeigt, sind die Abschnitte 1la, 11b usw.
der verschiedenen Ausprägungen z. B. mit im Wesentlichen
längs Zylinder- oder Ellipsenflächen erstreckten
Außenflächen versehen, die von den Mittelebenen 15 (2a)
ausgehen bzw. in diesen enden. Die Achsen dieser Zylinderflächen erstrecken
sich parallel zu den Mittelebenen (z. B. 15) der Flanken 8,
stehen im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung x und
schließen mit xy-Ebene des gedachten Koordinatensystems
dieselben Winkel wie die Flanken 8 ein.
-
3 zeigt
ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Wellrippe 7, die bis auf die Form von Ausprägungen 17 dem
Ausführungsbeispiel nach 2, 2a und 2b entspricht.
Die Ausprägungen 17 enthalten hier zwar wie in 2 und 2a übereinander
angeordnete Abschnitte 17a und 17b, doch haben
deren Außenflächen eine trapezförmige
Form. Jede Außenfläche hat daher, in x-Richtung
hintereinander liegend, zunächst ein quer dazu schräg
ansteigendes Teilstück 18a, dann ein im Wesentlichen
parallel zur Längsrichtung x erstrecktes Teilstück 18b und
danach schließlich ein y-Richtung schräg abfallendes
Teilstück 18c, wobei die Teilstücke 18a, 18c an
im Wesentlichen ebenen Oberflächenbereichen der Flanken 8 beginnen
bzw. enden. Daher sind die Abschnitte 17a, 17b insgesamt
analog zu 2, 2a jeweils
abwechselnd konvex bzw. konkav bezüglich der von den Flanken 8 begrenzten Strömungskanäle.
-
Während
in 2 und 3 eine Wellrippe 7 mit
einem im Wesentlichen zickzackförmigen Verlauf der Flanken 8 und
Nocken 9 gezeigt ist, zeigen 4a bis 4c, dass die Wellrippen 7 auch
andere Formen haben können. So zeigt 4a eine
Wellrippe mit dreieckförmig angeordneten Flanken 19 und Nocken 20,
die hier praktisch nur aus einer in der Längsrichtung x
erstreckten Firstlinie bestehen, 4b eine
Wellrippe mit trapezförmig angeordneten Flanken 21 und
Nocken 22 und schließlich 4c eine Wellrippe
mit mäanderförmig angeordneten Flanken und Nocken 23 und 24.
Abgesehen davon sind die Flanken 19, 21 und 23 wie
in 2, 2a oder 3 mit Ausprägungen 25, 26 und 27 versehen,
die spiegelsymmetrisch zu Symmetrieebenen 10 ausgebildet
sind und übereinander liegende, zu entgegengesetzten Seiten
hin ausgeprägte Abschnitte aufweisen, die nur in 4b durch Bezugszeichen 26a, 26b gekennzeichnet
sind. Im Übrigen sind die Wellrippen und ihre Ausprägungen
analog zu 2, 2a und 3 ausgebildet,
wobei je zwei in der Längsrichtung x nebeneinander liegende
Ausprägungen 17 durch einen Bereich 28 ohne
Ausprägungen getrennt sind, so dass die Strömungskanäle 4 in
diesen Bereichen 28 jeweils konstante Breiten besitzen.
-
5 zeigt
schematisch eine Seitenansicht auf die Flanke 8a der Wellrippe 7 nach 3,
wobei die nach außen aus der Zeichenebene vorstehenden Abschnitte 17a der
Ausprägungen 17 mit einem (–)-Zeichen
und die darüber liegenden, nach innen in die Zeichenebene
hineinragenden Abschnitte 17b durch (+)-Zeichen gekennzeichnet
sind. Außerdem ist in 5 der Einfachheit
halber die Trapezform der Abschnitte 17a, 17b nicht
gesondert dargestellt.
-
6 zeigt
ein bisher für am besten gehaltenes Ausführungsbeispiel
einer Wellrippe 7, die im Wesentlichen der Wellrippe 7 nach 3 entspricht, wobei
aber die Bereiche 28 mit konstanter Breite der Strömungskanäle 4 fehlen.
Die Bereiche 28 sind hier im unteren Teil der Flanken 8a durch
Abschnitte 29a von Ausprägungen 29 und
dem oberen Teil der Flanken 8a durch Abschnitte 29b der
Ausprägungen 29 ersetzt, wobei im Ausführungsbeispiel
die Abschnitte 29a konkav und die Abschnitte 29b konvex
bezüglich der in 6 sichtbaren
Außenseite der Flanke 8a ausgebildet sind. Das
ergibt sich insbesondere aus 7a und 8a, wonach z. B. der Strömungskanal 4a im
unteren Bereich zuerst durch die Ausprägung 17 aufgeweitet
und in Strömungsrichtung x danach durch die Ausprägung 29 verengt
ist, während es im oberen Bereich des Strömungskanals 4a umgekehrt ist.
Dabei ist klar, dass in 7 und 8 jeweils
die in x-Richtung hinter den Ausprägungen 17 bzw. 29 folgenden
Ausprägungen zur Vereinfachung der Abbildung nicht dargestellt
sind.
-
7b, 8b und 7c, 8c zeigen
analog zu 7a und 8a die
Verhältnisse, wenn die Wellrippen einen trapezförmigen
bzw. mäanderförmigen Querschnitt haben.
-
9 zeigt
analog zu 5 eine Seitenansicht der Wellrippe
nach 6, wobei die (+)- und (–)-Zeichen wiederum
die konkaven bzw. konvexen Verläufe der Abschnitte 17a, 17b und 29a, 29b der Ausprägungen 17 und 29 andeuten.
-
Ein
weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße
Wellrippe 7 ist in 10 und 11 dargestellt.
Im Gegensatz zu 2 bis 9 weisen
Ausprägungen 31 und deren übereinander liegende
Abschnitte 31a, 31b schräg statt senkrecht zur
Längsachse x angeordnete Seitenlinien 32a, 32b auf,
wie insbesondere 11 zeigt. Dadurch erhalten die
Abschnitte 31a und 31b, von vorn betrachtet (11),
eine trapezförmige Gestalt, wobei die längeren
Seiten der Trapeze etwa in der Flankenmitte längs Übergangsbereichen
zusammentreffen, während die dazu parallelen, einander
gegenüber liegenden kurzen Seiten jeweils die Unter- bzw.
Oberkanten der Ausprägungen 31 bilden und an die
Nocken 9 grenzen. Die nicht parallelen, die Seitenlinien 32a, 32b bildenden
Schenkel bilden mit der Längsrichtung x entgegengesetzt
gleiche Winkel, wie 11 zeigt, können aber
auch unterschiedliche Winkel mit der x-Richtung bilden. Abgesehen
davon sind die Ausprägungen 31 wie in den zuvor
beschriebenen Ausführungsbeispielen spiegelsymmetrisch
zu die Strömungskanäle 4 mittig durchsetzenden
Symmetrieebenen 10 ausgebildet.
-
Das
in 12 und 13 dargestellte
Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Wellrippe 7 unterscheidet sich von dem nach 10 und 11 dadurch,
dass Abschnitte 33a, 33b bzw. 34a, 34b von
in Längsrichtung x abwechselnd aufeinander folgenden Ausprägungen 33 bzw. 34,
von vorn betrachtet (13), ein parallelogrammartiges
Aussehen anstatt eines trapezförmigen Aussehens haben.
Insbesondere wird z. B. eine in x-Richtung des gedachten Koordinatensystems
vorlaufende Ausprägung 33 durch zwei Abschnitte 33a, 33b gebildet,
die mit einander zugewandten Seiten etwa in einem gemeinsamen, in
einer Mittelebene 35 der Wellrippe 7 liegenden Übergangsbereich 33c enden
und an den entgegengesetzten Enden an die Ober- bzw. Unterkanten der
Flanken 8 grenzen. Vorzugsweise sind die Abschnitte 33a, 33b wie
die Abschnitte 31a, 31b nach 10 und 11 auch
zentralsymmetrisch zu einer durch die Übergangsbereiche
gelegten Symmetrielinie in der Weise angeordnet, dass ihre Seitenlinien 33c, 33d mit
entgegengesetzt gleichen Winkeln zur Längsrichtung x geneigt
sind. Eine Drehung z. B. eines Abschnitts 33b um 180° um
die Symmetrielinie würde daher zur Folge haben, dass er
sich deckungsgleich auf den zugehörigen Abschnitt 33a auflegt.
Für eine in der Längsrichtung x folgende Ausprägung 34 und
deren Abschnitte 34a, 34b gilt dasselbe bis auf
den Unterschied, dass die äußeren Konturen der
Abschnitte 34a (bzw. 34b) bezüglich Symmetrieebenen 36 spiegelsymmetrisch
zu den äußeren Konturen der Abschnitte 33a (bzw. 33b)
ausgebildet sind, wobei die Symmetrieebenen 36 jeweils in
der Mitte zwischen zwei benachbarten Ausprägungen 33, 34 und
parallel zur yz-Ebene des gedachten Koordinatensystems und damit
senkrecht zur x-Richtung angeordnet sind (13). Im Übrigen
liegen zwischen zwei Ausprägungen 33, 34 analog
zu 3 und 11 jeweils Bereiche, die frei
von Ausprägungen sind.
-
Eine
in 14 dargestellte Wellrippe 7 ist mit Ausprägungen 37 versehen,
die übereinander angeordnete Abschnitte 37a, 37b aufweisen,
die, von vom betrachtet (16), dreieckförmig
ausgebildet sind. Die Abschnitte 37a, 37b sind
mit ihren Scheitelpunkten 37c einander zugewandt und stoßen
mit diesen in der Mittelebene 35 (16) der
Flanken 8 aneinander. Wie im Ausführungsbeispiel
nach 2 und 2a stehen die in einem unteren
Bereich der Ausprägungen 37 angeordneten Abschnitte 37a sämtlich zu
einer Seite der Flanken 8 hin vor, während die
in einem oberen Bereich angeordneten Abschnitte 37b zur
entgegengesetzten Seite der Flanken 8 hin vorstehen. Das
ergibt sich insbesondere auch aus der Vorderansicht der Wellrippe 7 nach 15a. Die Abschnitte 37a, 37b haben
außerdem vorzugsweise die Form von gleichseitigen oder
gleichschenkligen Dreiecken, deren Grundseiten an den Ober- bzw.
Unterkanten der Flanken 8 enden. Abgesehen davon sind die
Ausprägungen 37 wie in den vorhergehend beschriebenen
Ausführungsbeispielen spiegelsymmetrisch zu den Symmetrieebenen 10.
Schließlich ist zwischen je zwei Ausprägungen 37 jeweils
ein von Ausprägungen freier Bereich 38 vorhanden.
-
16 zeigt
eine Seitenansicht der Wellrippe 7 nach 14,
wobei analog zu 9 die aus der Zeichenebene nach
vorn vorstehenden (konvexen) Abschnitte 37a mit einem (–)-Zeichen
und die aus der Zeichenebene nach hinten ausgeprägten (konkaven) Abschnitte 37b mit
einem (+)-Zeichen versehen sind.
-
15b, 15c und 15d zeigen analog zu 4a bis 4c jeweils Vorderansichten von Wellrippen 7,
die dreieckig, trapezförmig und mäanderförmig
gebogen sind und Ausprägungen gemäß 14 und 16 aufweisen.
-
17 zeigt
eine der 16 entsprechende Seitenansicht
einer Wellrippe 7 mit Ausprägungen 39,
deren Abschnitte 39a, 39b zwar analog zu 16 ausgebildet
sind, aber in der x-Richtung mit Grundseiten 40 unmittelbar
aneinander grenzen. Daher weisen die Flanken 8 jeweils
nur schmale, rhombusartige, von Ausprägungen freie Bereiche 41 auf.
-
Die
Ausführungsbeispiele nach 18 und 19 zeigen
in der 16 entsprechenden Seitenansichten
zwei Wellrippen 7 mit Ausprägungen 42 bzw. 43,
deren übereinander liegende Abschnitte 42a, 42b bzw. 43a, 43b,
von vom betrachtet, abweichend von 10 bis 16 nicht
zentralsymmetrisch zu einer Mittellinie der Flanken 8 sind.
Insbesondere zeigt 18 eine Wellrippe 7 mit
Ausprägungen 42, deren untere und obere Abschnitte 42a, 42b unterschiedliche
Größen aufweisen, wobei z. B. die oben liegenden
Abschnitte 42b eine deutlich kleinere Größe
als die unteren Abschnitte 42a haben. Dagegen ist gemäß 19 vorgesehen,
dass die unteren Abschnitte 43a der Ausprägungen 43,
in der Längsrichtung x betrachtet, abwechselnd größer
und kleiner ausgebildet sind. Die im oberen Bereich liegenden Abschnitte 43b sind
zwar ebenfalls abwechselnd größer und kleiner,
jedoch sind die Abschnitte 43b im oberen Bereich relativ
zu den Abschnitten 43a im unteren Bereich jeweils in der
Längsrichtung x derart versetzt angeordnet, dass je ein
großer Abschnitt 43a unterhalb eines kleinen Abschnitts 43b und
ein kleiner Abschnitt 43a unterhalb eines großen Abschnitts 43b liegt,
wobei die Spitzen beider Abschnitte 43a, 43b jeweils
zusammenstoßen. Alternativ können die oberen und
unteren Abschnitte auch in anderer Weise unerschiedlich ausgebildet
werden.
-
Im Übrigen
zeigen 2 bis 19, dass die beiden Abschnitte
einer jeden Ausprägung sehr unterschiedliche Formen aufweisen
(z. B. 3 und 14) und mit senkrecht und geneigt
zur Längsrichtung x angeordneten Achsen (z. B. 3 und 12)
versehen sein können. Weiter grenzen die beiden Abschnitte
jeder Ausprägung vorzugsweise längs je eines Übergangsbereichs
aneinander und erstrecken sich vorzugsweise über die ganze
Höhe der Flanken 8 bzw. der Strömungskanäle 4. Übergangsbereiche
zwischen zwei Abschnitten können ebenfalls unterschiedliche
Formen haben (z. B. rhombusartig in 3, linsenförmig
in 2) und sind vorzugsweise gerundet.
-
Schließlich
können die beiden Abschnitte einer jeden Ausprägung
mit besonderem Vorteil so ausgebildet und bemessen sein, dass die
Strömungsquerschnitte der betref fenden Strömungskanäle 4 in
der Längsrichtung x im Wesentlichen konstant sind. Das
ist z. B. aus einem Vergleich der 7 und 8 erkennbar
und hat den Vorteil, daß die Druckverluste klein gehalten
werden können.
-
Während
die bisher beschriebenen Wellrippen 7 durchweg mit Flanken
versehen sind, deren Ausprägungen jeweils zwei in Richtung
der Höhe der Strömungskanäle 4 (z-Richtung) übereinander
angeordnete Abschnitte aufweisen, zeigen 20 und 21 zwei
Ausführungsbeispiele mit Ausprägungen 45a und 45b sowie 46a und 46b,
die in der z-Richtung des gedachten Koordinatensystems jeweils nur
aus einem einzigen, vorzugsweise über die ganze Höhe
der Flanken 8 bzw. Strömungskanäle 4 erstreckten
Abschnitt bestehen. Die Ausprägungen 45a und 45b sind,
in der Seitenansicht der Wellrippe 7 nach 23 betrachtet,
dreieckförmig, wie dies z. B. für die Abschnitte 37a, 37b des
Ausführungsbeispiels nach 14 gilt,
allerdings mit dem Unterschied, dass sich jede Ausprägung 45a, 45b über
die ganze Höhe der betreffenden Flanke 8 erstreckt.
Die Ausprägungen 45a grenzen mit ihrer Grundseite
an den einen, hier mit der Unterkante der Flanke 8 verbundenen
Nocken 9 und mit einer gegenüber liegenden Spitze
an den anderen, hier mit der Oberkante der Flanke 8 verbundenen
Nocken 9, wohingegen die Ausprägungen 45b mit
ihren Grundseiten an die Ober- und mit ihren Spitzen an die Unterseite
der Flanken 8 grenzen. Die Breite der Ausprägungen
nimmt daher in x-Richtung abwechselnd von unten nach oben bzw. von
oben nach unten zu. Außerdem stehen die Ausprägungen 45a,
bezogen auf eine bestimmte Flanke 8, von einer Seite der
betreffenden Mittelebene ab, während die Ausprägungen 45b von der
entgegengesetzten Seite der betreffenden Mittelebene her vorgewölbt
sind. Weiterhin ist die Anordnung so getroffen, dass die Ausprägungen 45a und 45b nicht
nur in der Längsrichtung x der Flanken 8 jeweils
abwechselnd angeordnet sind, sondern dass die Ausprägungen 45a, 45b von
in y-Richtung nebeneinander liegenden Flanken 8 auch wie
bei den Wellrippen nach 2 und 19 jeweils
spiegelsymmetrisch zu den die Strömungskanäle 4 durchsetzenden
Symmetrieebenen 10 (z. B. 22a)
angeordnet sind. Dadurch werden auch hier in der Längsrichtung
x hintereinander liegende Bereiche mit sich abwechselnd diffusorartig
erweiternden und konfusorartig verengenden Querschnitten in den
Strömungskanälen 4 geschaffen, wodurch
die Grenzschichten auflösende Wirbel erzeugt werden. Zwischen
den Ausprägungen 45a und 45b weisen die Flanken 8 jeweils
Bereiche 47 auf, die frei von Ausprägungen sind.
-
Die
Ausprägungen 46a, 46b des Ausführungsbeispiels
nach 21 sind analog zu denen nach 3 in
der Längsrichtung x trapezförmig ausgebildet,
erstrecken sich jedoch wie die Ausprägungen 45a, 45b nach 20 jeweils über
die ganze Höhe der Flanken 8. Außerdem
sind die Ausprägungen, in der Längsrichtung x
betrachtet, wie in 20 abwechselnd zur einen oder
anderen Seite der Mittelebene einer betrachteten Flanke 8a hin
gewölbt, so dass die Strömungskanäle 4 wiederum
abwechselnd diffusorartig erweitert und konfusorartig verengt werden.
Zwischen den Ausprägungen 46a, 46b weisen die
Flanken 8 jeweils Bereiche 48 auf, die frei von Ausprägungen
sind, wie auch die Seitenansicht nach 25 zeigt.
Außerdem bringt 25 durch
die (+)-Zeichen und (–)-Zeichen zum Ausdruck, daß die Ausprägungen,
von rechts her beginnend, abwechselnd nach vorn und nach hinten
gewölbt sind.
-
22b bis 22d zeigen
Ausführungsbeispiele von Wellrippen, die analog zu 4b bis 4d dreieckförmig,
trapezförmig bzw. mäanderförmig gebogen
sind und deren Flanken jeweils Ausprägungen nach 20 und 21 aufweisen.
-
23 zeigt
eine Seitenansicht der Wellrippe 7 nach 20,
wobei sich wiederum – von rechts her beginnend – die
in die Zeichenebene hineinragenden und mit einem (+)-Zeichen versehenen
Ausprägungen 45a mit den aus der Zeichenebene
herausragenden und mit einem (–)-Zeichen versehenen Ausprägungen 45b einander
abwechseln. Weiter zeigt 24 die
Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels, dessen Flanken 8,
von vorn her betrachtet, trapezförmig ausgebildet sind
und das jeweils über die ganze Höhe h der Flanken 8 erstreckte
Ausprägungen 49a und 49b aufweist. Im Übrigen
entspricht dieses Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dem nach 20 und 22a. Der einzige Unterschied besteht darin,
dass die Ausprägungen 49a, 49b keine an
die eine Längskante der Flanken 8 grenzenden Spitzen
aufweisen.
-
Abgesehen
davon könnten analog zu 13 auch
parallelogrammartig ausgebildete, über die ganze Höhe
der Strömungskanäle 4 erstreckte Ausprägungen
mit schräg zur x-Richtung geneigten Achsen vorgesehen sein.
-
26 bis 28 zeigen
schließlich Ausführungsbeispiele von Wellrippen 7,
die in der Längsrichtung x abwechselnd Ausprägungen 50 und 51 mit jeweils
drei übereinander angeordneten Abschnitten 50a, 50b und 50c bzw. 51a, 51b und 51c aufweisen. Zwischen
den Ausprägungen 50, 51 weisen die Flanken 8 Bereiche 52 auf,
die frei von Ausprägungen sind. In einem untersten Bereich
der Flanken 8 wechseln sich in der Längsrichtung
x Abschnitte 50a und 51a der Ausprägungen 50, 51 ab,
die abwechselnd zur einen oder anderen Seite von der Mittelebene
einer betrachteten Flanke 8a abstehen. Das entspricht einer
Anordnung gemäß 6 im unteren
Bereich der Flanken 8, wobei dort allerdings den Bereichen 52 entsprechende
Bereiche fehlen. In einem mittleren Bereich der 26 wechseln
sich Abschnitte 50b und 51b ab, wobei die Abschnitte 50b entgegengesetzt
zu den Abschnitten 50a und die Abschnitte 51b entgegengesetzt
zu den Abschnitten 51a gewölbt sind. Diese Anordnung
entspricht somit bis auf die Bereiche 52 der Anordnung
im oberen Bereich der Flanken 8 nach 6.
Schließlich wechseln sich in einem oberen Bereich der Flanken 8 nach 26 jeweils
Abschnitte 50c und 51c ab, wobei vorzugsweise
die Abschnitte 50c mit den Abschnitten 50a und die
Abschnitte 51c mit den Abschnitten 51a identisch sind.
Abgesehen davon zeigt 27a, dass trotz
des Vorhandenseins von drei übereinander angeordneten Abschnitten
jeweils Spiegelsymmetrie zu den Symmetrieebenen 10 besteht.
-
27b und 27c zeigen
der 27a entsprechende Schnitte durch
Wellrippen mit trapezförmigen bzw. mäanderförmigen
Querschnitten bei sonst gleicher Ausbildung der Ausprägungen 50 und 51,
während 28 eine z. B. zu 5 und 9 analoge
Seitenansicht der Wellrippe 7 nach 26 ist,
wonach entsprechend 26, von links her betrachtet,
zunächst eine in die Zeichenebene hineinragender Abschnitt 50b zwischen
zwei an der Zeichenebene herausragenden Abschnitten 50a und 50c vorhanden
ist.
-
Die
beschriebenen Ausprägungen werden vorzugsweise in einen
Blechstreifen eingeprägt, bevor dieser durch einen nachfolgenden
Prozess zu einer Wellrippe bzw. Lamelle 7 gebogen wird,
die z. B. eine Grundstruktur gemäß 2a oder 4a bis 4c besitzt.
Die Prägung kann auf zweifache Weise erfolgen. Eine Variante
besteht darin (z. B. 2, 3, 10, 20, 21, 26)
die Prägung so vorzunehmen, dass an die Nocken 9 grenzende
Enden der Ausprägungen (z. B. 46a, 46b in 21)
oder der Abschnitte (z. B. 11a, 11b in 2)
durch offene Schnitte oder Schlitze 53 von den Nocken 9 getrennt sind.
In diesem Fall sind die Ausprägungen oder ihre übereinander
liegenden Abschnitte nur durch Seitenlinien, die z. B. in 21 durch
Bezugszeichen 54 angedeutet sind, mit den Flanken 8 verbunden.
Dagegen sieht eine zweite Variante vor (z. B. 6, 12 und 14),
die Prägung so vorzunehmen, dass keine Schnitte oder Schlitze
erhalten werden, sondern die Ausprägungen oder ihre Abschnitte längs
einer geschlossenen, umlaufenden Kontur mit den Flanken 8 verbunden
bleiben, wie z. B. durch eine in 14 angedeutete
Umfangskontur 55 angedeutet ist. In entsprechender Weise
kann vorgesehen sein, übereinander angeordnete Abschnitte
der Ausprägungen in den aneinander grenzenden Übergangsbereichen
durch in den Flanken 8 ausgebildete Schnitte oder Schlitze
zu trennen, wie z. B. durch das Bezugszeichen 56 in 3 angedeutet
ist, oder die Prägungen so vorzunehmen, dass die Abschnitte auch
in ihren Übergangsbereichen ohne die Bildung von Schlitzen
miteinander verbunden bleiben, wie in 2 ein Bezugszeichen 57 andeuten
soll. Die Schnitte 53, 56 sind im Wesentlichen
in der Längsrichtung x erstreckt.
-
Verschiedene
Maße der beschriebenen Wellrippen 3 und 7 sind
in den Zeichnungen durch Buchstaben angegeben. Zunächst
ergibt sich aus 1, dass die in der y-Richtung
gemessene größte Breite eines Strömungskanals 4 das
Maß c(max) und die kleinste Breite c(min) hat, was der
Breite eines Nockens 6 bzw. 9 entspricht. Bei
abgerundeten Nocken 9 (2a) ist
das Maß c(min) etwa gleich dem Abstand zwischen zwei Linien,
an denen die Nocken 9 beginnen, in die im Wesentlichen
ebenen Flanken 8 überzugehen. Entsprechend wird
das Maß c(max) festgelegt. Dagegen hat das Maß c(min)
bei dreieckigen Wellrippen (4a) einen
sehr kleinen Wert, der praktisch auch Null sein kann.
-
Weiter
bedeutet h, wie z. B. 1 bis 5, 27 und 28 zeigen,
die Höhe der Wellrippe 7, was im Wesentlichen
der Höhe der Strömungskanäle 4 entspricht,
während h1, h2 und h3 die Höhen der übereinander
angeordneten Abschnitte einer Ausprägung angeben. Ferner
bedeutet tn die in y-Richtung des gedachten Koordinatensystems gemessene
Teilung bzw. den Mittenabstand von zwei an die in 2 obere
Wellrippenebene grenzenden Nocken 9, wobei die an die in 2 untere
Wellrippenebene grenzenden Nocken 9 dieselbe Teilung tn
aufweisen. Ferner ist mit dem Buchstaben t die in der Längsrichtung
x gemessene Teilung bzw. der Mittenabstand von zwei benachbarten,
an derselben Flanke 8 angebrachten Ausprägungen
bzw. ihren Abschnitten bezeichnet, während der z. B. in 2 und 5 angegebene
Buchstabe a die in der Längsrichtung x gemessene Breite
eines zwischen zwei Ausprägungen oder ihren Abschnitten
liegenden Bereichs (z. B. 16 in 2) und der
Buchstabe b die ebenfalls in der Längsrichtung x gemessene
Breite einer Ausprägung oder ihrer Abschnitte angibt. Schließlich
bedeutet ein Maß f (z. B. 2) die in
der y-Richtung gemessene Tiefe einer Ausprägung oder ihrer
Abschnitte.
-
Die
Maße a und b sind bei einigen Ausführungsbeispielen,
z. B. entsprechend 2, 3, 5, 21 und 25, über
die ganze Höhe der Ausprägungen bzw. ihrer Abschnitte
konstant. Handelt es sich dagegen um Ausführungsbeispiele,
die z. B. entsprechend 10 bis 20, 23 und 24 ausgebildet
sind, dann ändern sich die Maße a und b jeweils
zwischen Werten a(min) und a(max) bzw. b(min) und b(max) (vgl. z.
B. 11). Schließlich kann es Fälle
geben (z. B. 12, 13), in denen
das Maß a zwischen a(min) und a(max) schwankt, wohingegen
das Maß b wegen der Parallelogrammform sowohl über
die gesamte Höhe h einer Ausprägung als auch über
die Höhen h1, h2 der einzelnen Abschnitte konstant ist.
In einem Fall gemäß 16 kann
außerdem die Breite einer Ausprägung bzw. ihrer
Abschnitte zwischen Werten b(max) und b(min) = 0 schwanken. In Fällen
gemäß 18 und 19 schwankt
die Breite b der Abschnitte dagegen zwischen einem Wert b1(max)
für die Abschnitte 42b und 43b sowie
einem Wert b2(max) für die Abschnitte 42a und 43a und
einem Wert b1(min) = b2(min) = 0 für beide Abschnitte 42a, 42b bzw. 43a, 43b.
Die Breite b der Ausprägungen oder ihrer Abschnitte genügt
somit allgemein der Gleichung b = (0...1)·b(max).
-
Die
Ausprägungen oder ihre Abschnitte können daher
nicht nur variierende Breiten b (z. B. 10 und 20),
sondern auch unterschiedliche Höhen h1, h2 (z. B. 18 und 19),
aufweisen.
-
Ein
für die Erfindung wesentliches Merkmal aller beschriebenen
Ausführungsbeispiele besteht darin, dass die Ausprägungen
in Richtung der Höhe h der Strömungskanäle 4 bzw.
Wellrippen 7 eine variierende Tiefe f besitzen.
-
Die
nur aus einem Abschnitt bestehenden Ausprägungen (z. B. 45a, 45b in 20)
haben z. B. in einem Strömungskanal 4d (22a) dort, wo dieser seine kleinste Breite
c(min) hat und wo dessen Flanken 8 durch einen Nocken 9 verbunden
sind, ihre kleinste Tiefe f, falls es sich um eine konkav in diesen Strömungskanal 4d ragende
Ausprägung 45a handelt, während dieselbe
Ausprägung 45a am entgegengesetzten Ende und dort,
wo der Strömungskanal 4d seine größte
Breite c(max) aufweist, ihre größte Tiefe f hat,
wie aus 22a klar ersichtlich ist.
Handelt es sich dagegen um eine Ausprägung 45b,
die vom betrachteten Strömungskanal 4d konvex
nach außen ragt, dann hat diese Ausprägung 45b entsprechend 22a ihre größte Tiefe
f dort, wo der Strömungskanal 4d seine kleinste
Breite c(min) hat, und ihre kleinste Tiefe f dort, wo der Strömungskanal 4d seine
größte Tiefe c(max) besitzt. Dadurch wird der Vorteil
erzielt, dass trotz des Vorhandenseins von konkav nach innen ragenden
Ausprägungen 45a, 45b an den ohnehin
bereits engen Bereichen der Strömungskanäle keine
weitere Querschnittsverengungen erhalten werden.
-
Wie 20 und 22a weiter zeigen, haben die Ausprägungen 45a, 45b dort,
wo sie mit ihren Spitzen an einen die beiden Flanken verbindenden Nocken 9 grenzen,
ihre kleinste Tiefe f, wohingegen sie dort, wo sie an einen entgegengesetzt
liegende Nocken 9 grenzen, ihre größte
Tiefe aufweisen. Bei Wellrippen mit einem wellenförmigen,
dreieckförmigen oder trapezförmigen Verlauf entsprechend 22a bis 22c ist
die Anordnung vorzugsweise genau so. Nur bei der Anwendung von mäanderförmig gebogenen
Wellrippen (z. B. 22d) sind geringfügige
Verengungen der Strömungskanäle dort, wo die Ausprägungen
ihre größte Tiefe f besitzen, unvermeidlich.
-
Eine
analoge Variante der Tiefe f ist beim Ausführungsbeispiel
nach 24 vorgesehen.
-
Insgesamt
ermöglicht die beschriebene Variation der Tiefe f der Ausprägungen 45a, 45b bzw. 49a und 49b,
dass die Druckverluste Δp in den Strömungskanälen 4 auch
beim Vorhandensein von teilweise konvex nach innen ragenden Ausprägungen vergleichsweise
klein gehalten werden können.
-
Eine
entsprechende Variation der Tiefe f ist auch beim Ausführungsbeispiel
nach 21 vorhanden. Wie 21 zeigt,
besitzen die Ausprägungen jeweils dort, wo die beiden Flanken 8a und 8b durch einen
Nocken 9a verbunden sind und der betreffende Strömungskanal 4a seine
kleinste Breite hat, ihre größte Tiefe f und am
entgegengesetzten Ende ihre kleinste Tiefe f, falls es sich um konvex
nach außen ragende Ausprägungen (z. B. 46a)
handelt. Ragen dagegen Ausprägungen (z. B. 46b),
bezogen auf einen bestimmten Strömungskanal 4a,
konkav nach innen, dann haben sie ihre größte
Tiefe dort, wo die Strömungskanalbreiten am größsten
sind, und ihre kleinste Tiefe dort wo die Strömungskanalbreiten
am kleinsten sind. Dabei ist wie in 20 vorzugsweise vorausgesetzt,
daß die Tiefen f der Ausprägungen stetig vom einem
zum anderen Ende hin zu- bzw. abnehmen.
-
Während
sich die Ausführungsbeispiele nach 20 bis 25 dadurch
auszeichnen, dass die Tiefe f der Ausprägungen in Richtung
der Höhe h der Strömungskanäle 4 allmählich
größer oder kleiner wird, wird die variierende
Tiefe der Ausprägungen nach 2 bis 19 und 26 bis 28 vor
allem dadurch erreicht, dass die zwei oder mehr, in Richtung der
Höhe h der Strömungskanäle übereinanderliegenden
Abschnitte der Ausprägungen bezüglich der Mittelebenen
der Flanken zu entgegengesetzten Seiten hin gewölbt sind.
Wie z. B. 2a zeigt, besitzen die Abschnitte 12a und 14a der
Ausprägungen 12 und 14 eine konvexe Wölbung
bezüglich des betrachteten Strö mungskanals 4b und
damit – von der Symmetrieebene 10b aus betrachtet – eine erste
(kleine bzw. negative) Tiefe. Dagegen besitzen die Abschnitte 12b und 14b derselben
Ausprägungen 12 und 14 eine konkave Wölbung
und damit – wiederum von der Symmetrieebene 10b aus
betrachtet – eine zweite (große oder positive)
Tiefe f. Dadurch ergibt sich insbesondere im Übergangsbereich zwischen
den beiden Abschnitten 12a, 12b und 14a, 14b eine
sprungartige Änderung der Tiefe f. Die Variation der Tiefe
entspricht daher insgesamt der Summe der maximalen Tiefen der beiden
Abschnitte 12a, 14a und 12b, 14b.
Außerdem kann die Tiefe f Richtung der Höhe h
des Strömungskanals 4b auch längs der
Flanken 8b und 8c variieren, insbesondere wenn die
im Wesentlichen ebenen Teile der Ausprägungen 12 und 14 nicht
exakt parallel zu den Flanken 8b und 8c angeordnet
werden. Dasselbe gilt für die anderen Ausprägungen.
-
Im Übrigen
ist klar, dass sich die erfindungsgemäße Variation
der Tiefe f der Ausprägungen bzw. ihrer Abschnitte nicht
auf diejenigen kurzen Übergangsbereiche (z. B.
58a und
58b in
2a)
beschränkt, an denen die Ausprägungen bzw. Abschnitte
mit kleinen Krümmungsradien aus den Flanken
8 herausgedrückt
sind, wie dies beim Stand der Technik der Fall und konstruktionsbedingt
unvermeidbar ist (z. B.
DE
31 34 401 C1 ), sondern sich vor allem auf die zwischen
diesen Übergangsbereichen durch die Ausprägungen
bzw. Abschnitte selbst bewirkte Variation der Tiefen f bezieht.
-
Außerdem
zeigen z. B. 2, 3 und 21,
dass die Ausprägungen bzw. ihre Abschnitte auch in der
Längsrichtung x variieren und in der Regel zunächst
eine allmählich zunehmende Tiefe f und dann eine wieder
allmählich abnehmende Tiefe f aufweisen.
-
Im Übrigen
ist es vorteilhaft, wenn sowohl die Breite b der Ausprägungen
bzw. ihrer Abschnitte in Richtung der Höhe h als auch die
Tiefen f der Ausprägungen oder ihrer Abschnitte in Richtung
der Höhe h und/oder in der Längsrichtung x jeweils
stetig zu- oder abnehmen.
-
Zur
Erzielung einer hohen Wärmeübertragungsleistung
Q und eines geringen Druckverlusts Δp hat es sich als besonders
günstig erwiesen, die Teilung t der Ausprägungen
oder ihrer Abschnitte allgemein nach der Gleichung t
= (1...3)·b(max)zu bemessen. Außerdem sollten
die maximalen Tiefen f und Breiten b der Ausprägungen bzw.
ihrer Abschnitte erfindungsgemäß den Gleichungen f(max) = (0,1...0,4)·[tn – c(min)]und b(max) = (5...20)·f(max)genügen.
-
Abgesehen
davon umfasst die Erfindung natürlich nicht nur die beschriebenen
Wellrippen 7, sondern auch mit ihnen hergestellte Wärmeaustauscher.
-
Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt, die auf vielfache Weise abgewandelt werden
können. Das gilt insbesondere für die Formen und/oder
Maße der beschriebenen Ausprägungen und ihrer
Abschnitte. Beispielsweise wäre es möglich, die
Ausprägungen auch mit mehr als drei übereinander
angeordneten Abschnitten zu versehen. Ausprägungen mit
einer geraden Anzahl von Abschnitten könnten in diesem Fall
so ausgebildet werden, dass die an die Nocken 9 grenzenden
Abschnitte wie z. B. in 14 jeweils auch
dort, wo sie an die Nocken 9 grenzen, ihre größten
Breiten b(max) haben. Im Einzelfall ist die Anordnung stets so zu
treffen, dass sich günstige Wärmeaustauschleistungen
Q, kleine Druckverluste Δp und gegenüber Wellrippen
ohne die beschriebenen Ausprägungen günstige Werte
für den Quotienten ΔQ/Δ(Δp) bzw. den Quotienten [Q(mA)/Q(oA)]/[Δp(mA)/Δp(oA)]
ergeben, worin die Bezeichnungen mA und oA jeweils vergleichbare Wellrippen
mit bzw. ohne Ausprägungen betreffen. Weiter ist klar,
dass die Wellrippen aus allen für Wärmeaustauscher üblichen
Materialien, insbesondere z. B. Aluminiumblechen, aber auch z. B.
aus Kunststoff hergestellt werden können. Schließlich
versteht sich, dass die verschiedenen Merkmale auch in anderen als
den beschriebenen und dargestellten Kombinationen angewendet werden
können.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 0706212
A2 [0003]
- - EP 1357345 A2 [0003]
- - DE 102004013882 U1 [0003]
- - DE 3134401 C1 [0004, 0083]