DE2063611A1 - Verfahren zum Herstellen von Warmetau scherzellen - Google Patents

Description

Verfahren zum Herstellen von Wärmetauscherzellen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Wärmetauscherzellen, bei dem ein Streckmetallblock mit prismatischen Waben von sechseckigem Grundriß aus dünnen, gut wärmeleitenden Metallblechen gebildet wird, indem die Bleche längs paralleler Streifen miteinander verklebt werden, wobei die Streifen, längs derer jedes Blech mit dem nachfolgenden Blech verklebt wird, in der Mitte zwischen je zwei das Blech mit dem vorhergehenden Blech verbindenden Streifen und im Abstand von diesen angeordnet werden, und das Blechpaket nach Verfestigung des Klebers durch mechanischen Zug gestreckt wird.

Es ist bekannt, einen wabenförmigen Heizkörper oder Kühler dadurch herzustellen, daß man Rohre aus Leichtmetall von kreisförmigem Querschnitt über sechseckige Dorne schiebt und dann eine bestimmte Anzahl dieser Rohre zu einem Block

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vereinigt, indem man sie miteinander verschweißt oder verlötet. Solche Heizkörper oder Kühler sind trotz der Verwendung von Leichtmetall schwer und ihre Herstellung ist schwierig.

Es ist außerdem bekannt, einen Rippenheizkörper oder -kühler in der Weise herzustellen, daß man von dünnen Metallplatten ausgeht, die derart gewellt sind, daß sie aneinander gefügt eine Reihe von Kanälen bilden; in der Mitte jeder derart gebildeten Rippe wird ein schmaler Streifen ausgeschnitten, dessen Rand derart umgebogen wird, daß ein Kragen entsteht, dann reiht man diese Rippen auf ein Rohr auf, an dem jeder Kragen derart anliegt, daß eine reibschlüssige Verbindung entsteht, die den erforderlichen Wärmeübergang zwischen dem Rohr und den Rippen ermöglicht. Der auf diese Weise gebildete Rippenheizkörper oder -kühler ist ebenfalls schwer, da die Dicke der Rippen ausreichend bemessen sein muß, damit die zumindest erforderliche mechanische Widerstandsfähigkeit erreicht wird. Die Herstellung erfordert außerdem einen großen Aufwand an Zeit und Handarbeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu finden, nach dem sich Wärmetauscherzellen von geringem Gewicht leicht und schnell herstellen lassen.

Als Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Verfahren vorgesehen, das die eingangs beschriebenen Schritte umfaßt und ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß in das Blechpaket vor dem Strecken für mindestens ein nach dem Strecken in den Streckmetallblock einzupressendes oder einzuziehendes Rohr im rechten Winkel zu den Ebenen der verklebten Bleche je ein zylindrisches Loch von kleinerem, vorzugsweise etwa halbsogroßem Durchmesser wie das Rohr eingearbeitet wird, und nach dem Strecken in sämtlichen Blechen rings um das bzw. jedes Loch von diesem ausgehende

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radiale Einschnitte ausgeführt werden. In das bzw. jedes auf diese Weise vorbereitete Loch wird anschließend das zugehörige Rohr eingezogen oder eingepreßt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers; Fig. 2 einen Grundriß desselben Wärmetauschersί

Fig. 5 und 4 zwei aufeinanderfolgende Schritte bei der Herstellung einer Zelle des Wärmetauschers;

Fig. 5 ein für die Herstellung verwendetes Werkzeug; und

Fig. 6 einen dritten Schritt bei der Herstellung einer Wärmetauscherzelle.

Der dargestellte Wärmetauscher umfaßt einen Streckmetallblock mit regelmäßiger Wabenstruktur. Dieser Block wird aus dünnen Blechen aus Metall von guter Wärmeleitfähigkeit wie beispielsweise Kupfer, Aluminium oder einer Legierung mit einem dieser Metalle als Basis dadurch hergestellt, daß die Bleche längs' in gleichmäßigen Abständen angeordneter Streifen miteinander verklebt werden.

Der in Fig. 2 dargestellte Streckmetallblock umfaßt 26 dünne Bleche aus einer Aluminiumlegierung. Jedes Blech wird zunächst in den gewünschten Maßen zugeschnitten und dann in sieben parallele, zur Zeichnungsebene senkrechte, vorzugsweise gleichbreite Streifen unterteilt. Von diesen Streifen werden anshließend bestimmte Streifen mit Klebstoff bestrichen, wonach die Metallbleche derart übereinander gelegt werden, daß einander zugeordnete Streifen zusammer±allen.

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Im folgenden wird als Vorderseite jedes Blechs die in Fig. 2 nach links gewandte Seite, und als Hinterseite die nach rechts gewandte Seite bezeichnet. Jedes Blech ist mit einer zweistelligen Bezugszahl 11, 12, 13 oder 14 bezeichnet. Jeder Streifen ist mit einer dreistelligen Bezugszahl bezeichnet, bei der die beiden ersten Stellen die Bezugszahl des zugehörigen Blechs wiedergeben und die dritte Stelle die Ordnungsziffer des Streifens bezeichnet, wobei von unten nach oben gezählt wird. So bezeichnet beispielsweise die Bezugszahl 124 den vierten Streifen des Blechs 12, also des zweiten Blechs von links in Fig. 2. Mit Klebstoff bestrichen sind: die hinteren Streifen 111 und 115 des Blechs 11, die vorderen Streifen 121 und 125 sowie die hinteren Streifen 123 und 127 des Bechs 12, die vorderen Streifen 133 und 137 sowie die hinteren Streifen 131 und 135 des Blechs 13t die vorderen Streifen 141 und 145 sowie die hinteren Streifen 143 und 147 des Blechs 14 usw.j die geradzahligen Streifen der aufeinanderfolgenden Bleche einerseits und die ungeradzahligen Streifen andererseits sind jeweils miteinander identisch. Das letzte Blech ist an seinem ersten und fünften Streifen mit Klebstoff bestrichen.

Die Bleche werden anschließend derart aufeinander angeordnet, daß einander entsprechende Streifen zusammen fallen, also diejenigen Streifen, deren Bezugszahlen in der letzten Stelle übereinstimmen. Das derart gebildete Blechpaket wird unter Druck gesetzt, bis der Klebstoff sich verfestigt hat. Anschließend wird das Blechpaket dadurch gestreckt, daß auf die äußersten Bleche ein Zug aufgebracht wird. Auf diese Weise erhält man einen Streckmetallblock mit prismatischen, sechseckigen Waben 118, 119, 128.

Die Wärmetauscherzelle umfaßt ein oder mehrere mit dem Streckmetallblock 1 in Berührung stehende rohrförmige Heizelemente 21, 22. Vorzugsweise hat jeder Streckmetallblock nur eine geringe Breite, damit die Luftzirkulation

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erleichtert wird; daher wird im allgemeinen für jeden Streckmetallblock nur ein Rohr 21 bzw. 22 vorgesehen. Das rohrförmige Heizelement besteht ebenfalls aus einem gut wärmeleitenden Metall und außerdem hinreichender mechanischer Widerstandsfähigkeit, wie beispielsweise Kupfer, Stahl oder einer Aluminiumlegierung,

In das noch nicht gestreckte Blechpaket wird im rechten Winkel zur Ebene der Bleche 11, 12 usw. ein zylindrisches Loch 101 eingearbeitet, dessen Durchmesser erheblich geringer, vorzugsweise etwa halbsogroß ist wie der Durchs· messer des Rohrs 21 (Fig. 3). Das Blechpaket wird anschließend gereckt und zwischen zwei sich im rechten Winkel zu den Waben erstreckenden, mechanisch zusammengespannten Platten festgehalten. Dann wird durch das zylindrische Loch 101 eine Schneidahle 4 mit seitlichen Messern 41 hindurchgezogen, deren Schneidkanten gemäß Fig. 5 im wesentlichen auf einer gemeinsamen Kegelfläche liegen. Die Schneidahle, die zum Hindurchziehen durch den Streckmetallblock 1 eine Zugstange 42 aufweist, bildet rings um das Loch 101 radiale Einschnitte 102 in sämtlichen aufeinanderfolgenden Feldern, die jeweils eine Wand einer Wabe bilden (Fig. 4). Die Schneidahle 4 wird vollständig durch das Loch 101 hindurchgezogen j dann wird in den Streckmetallblock, der noch zwischen den beiden Platten festgehalten ist, das Rohr 21 eingezogen, dessen vorderes Ende zu diesem Zweck gemäß Fig. 6 eine das Eindringen erleichternde kegelförmige Spitze 211 aufweist. Der Streckmetallblock, der mit dem Rohr 21 einen starren Körper bildet, wird schließlich ausgespannt.

Derart gebildete Wärmetauscherzellen lassen sich zu einem Wärmetauscher zusammenfügen. Die Zellen können gegeneinander versetzt in Serie oder parallel geschaltet sein. In Fig. 1 sind zwei parallel geschaltete Zellen dargestellt, deren erste von einem Streckmetallblock I¹ und einem Rohr 21, und die zweite von einem Streckmetallblock 10 und einem

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Rohr 22 gebildet ist.

Der auf diese Weise hergestellte Wärmetauscher kann entweder freiliegend als Raumheizkörper, Kühler einer Wärmex kraftmaschine oder Wärmetauscher einer Kältemaschine verwendet werden oder, in ein Gehäuse eingeschlossen, als Wärmetauscher zwischen zwei Fluiden, von denen das eine die Rohre durchströmt und das andere innerhalb des Gehäuses die Streckmetallblöcke umströmt.

Es ist möglich, den thermischen Wirkungsgrad des Wärmetauschers dadurch zu verbessern, daß man das aus den Streckmetallblöcken und Rohren bestehende Gebilde vor oder nach dem Zusammenbau der einzelnen Zellen in ein Metallisierungs- oder Graphitierungsbad taucht. Ein solches Bad besteht aus einer Flüssigkeit, wie trocknendem oder nicht trocknendem Leinölfirnis oder Standölen, einem Bindemittel wie beispielsweise Sienolharz, Glyzerinphtalsäure - "Epikot", Silikone, chlorierter oder Isomer-Kautschuk, und schließlich einem pulverförmigen Metall, beispielsweise Zink, Aluminium oder Kupfer oder aus pulverförmigem Graphit. Ein Bad, das beispielsweise Zinkpulver in Leinölfirnis mit einem Kienolharzzusatz umfaßt, verbessert den kalorischen Wirkungsgrad eines Wärmetauschers um 15 %, der von zwei Zellen gebildet ist, die in der beschriebenen Weise hergestellt sind und je einen Streckmetallblock" aus einer Aluminiumlegierung mit 1 % Mangan sowie ein Kupferrohr umfassen.

Der in Fig. 2 dargestellte Wärmetauscher umfaßt zwei identische Streckmetallblöcke 1 und 10 von 100 cm Länge, 6 cm Breite und 3 cm Tiefe sowie zwei Rohre 21 und 22 von 13 mm Außendurchmesser und 11 mm Innendurchmesser. Jede Wabe jedes Streckmetallblockes hat den Querschnitt eines Sechsecks, dessen umschriebener Kreis einen Durchmesser von 20 mm hat. Die beiden Wärmetauscherzellen sind übereinander angeordnet, wobei zwischen den beiden Blöcken 1 und 10 ein

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— 7 — freier Zwischenraum von 3 cm vorgesehen ist.

Das Rohr kann von einem beliebigen Fluid durchströmt sein: von strömungsfähigem Pulver, einer Flüssigkeit oder einem Gas. Im Rohr kann auch eine Wärmequelle angeordnet sein, beispielsweise ein elektrischer Widerstand.

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   iJ Verfahren zum Herstellen von Wärmetauscherzellen, bei lern ein Streckmetallblock mit prismatischen Waben von sechseckigem Grundriß aus dünnen, gut wärmeleitenden Metallblechen gebildet wird, in-dem die Bleche längs paralleler Streifen miteinander verklebt werden, wobei die Streifen, lings derer jedes Blech mit dem nachfolgenden Blech verklebt wird, in der Mitte zwischen je zwei das Blech mit dem vorhergehenden Blech verbindenden Streifen und im Abstand von diesen angeordnet werden, und das Blechpaket nach Verfestigung des Klebers durch mechanischen Zug gestreckt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in das Blechpaket vor dem Strecken für mindestens ein nach dem Strecken in den Streckmetallblock (1, 10) einzupressendes Rohr (21, 22) im rechten Winkel zu den Ebenen der verklebten Bleche (11-14) je ein zylindrisches öLoch (101) von kleinerem, vorzugsweise etwa halbsogroßem Durchmesser wie das Rohr eingearbeitet wird, und nach dem Strecken in sämtlichen Blechen rings um das bzw. jedes Loch von diesem ausgehende radiale Einschnitte (102) ausgeführt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c h η et, daß die radialen Einschnitte (102) dadurch hergestellt werden, daß eine Schneidahle (4) mit von einer Zugstange (42) in axialen Ebenen wegragenden Messern (41) durch das Loch (101) hindurchgezogen wird.

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3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η nzeichnet, daß die fertig geformte Wärmetauscherzelle in ein Bad getaucht wird, das ein pulverförmiges Metall enthält.

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