DE2241407C3

DE2241407C3 - Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscherelementes

Info

Publication number: DE2241407C3
Application number: DE2241407A
Authority: DE
Inventors: Stephen F. Park Ridge Ill. Pasternak
Original assignee: Peerless of America Inc
Current assignee: Peerless of America Inc
Priority date: 1971-08-27
Filing date: 1972-08-23
Publication date: 1984-07-19
Also published as: JPS5310297B2; GB1351105A; CA952097A; DE2241407B2; US3746086A; JPS4857242A; DE2241407A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3.

Bei dem bekannten Verfahren (US-PS 32 02 212) wird ein Wärmetauscherelement erzeugt, bei dem die Finnen benachbarter Stege in Querrichtung über ihre ganze Länge miteinander fluchtend angeordnet sind. Die freien Enden der Finnen sind zwar dreieckförmig verdickt, so daß in diesem Bereich verengte Durchlässe für das strömende Medium gebildet sind, jedoch bilden zwei in Längsrichtung aufeinanderfolgende Querreihen zwischen sich einen durchgehenden und gleichförmigen, ungestörten Durchlaß, der praktisch kein Hindernis für ein Hindurchtreten des Mediums bildet, so daß entsprechend wenig oder kaum Verwirbelungen auftreten werden, was zu einem entsprechend geringen Wirkungsgrad im Hinblick auf die gewünschte Wärmeübertragung führt Wie die Finnenstellung in ihrer Gesamtheit und über die ganze Rohrbreite erzeugt wird, ist diesem Stand der Technik nicht zu entnehmen. Es wird allenfalls gelehrt und zwar im Zusammenhang mit der angezogenen US-PS 22 47 243, eine Finne nach der anderen durch Schneiden und Biegen zu erzeugen.

Aus der US-PS 23 27 757 ist zwar bekannt die Finne eines Steges gleichzeitig mit den in Querrichfing benachbarten einzelnen Finnen der restlichen Stege aus einer Blechoberfläche zu schneiden und mit dem Schnitt teilweise zu biegen.

Insoweit wird bei der Erfindung zum Teil von an sich Bekanntem Gebrauch gemacht Nach dem teilweisen Biegen wird der Biegevorgang jedoch unterbrochen, und die Finnen werden durch einen weiteren, neu angesetzten Biegevorgang fertig aufgerichtet Zwar wird durch das gemeinsame Biegen mehrerer Finnen die Herstellung des Wärmetauschers vereinfacht jedoch wird nichts an der bereits beschriebenen Anordnung der Finnen geändert so daß auch hier der Wirkungsgrad vergleichsweise gering bleiben muß.

Gegenüber dem die Gattung bildenden Stand der Technik (US-PS 32 02 212) liegt der Anmeldung die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren so auszugestalten, daß bei der Herstellung in rationeller Weise zugleich eine. Wirkungsgradverbesserung des Wärmetauscherelements erreicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß das im Kennzeichen des Anspruchs 1 Erfaßte vorgeschlagen.

Mit dem letzten Merkmal ist dabei auf einen Stand der Technik Bezug genommen, wie er sich aus der Literaturstelle Lueger, »Lexikon der Technik«, Band 16, »Lexikon der Verfahrenstechnik«, 1970, Seite 411, insbesondere Bild 2 mit zugehörigem Text, ergibt. Dort ist aber über die Herstellung dieser für eine Wirkungsgradverbesserung maßgebenden verschieden stehenden Rippen nichts ausgesagt, insbesondere auch nichts, was auf aus der Wärmetauscheroberfläcne herausgeschnittene Finnen Bezug haben könnte, wie auch im Fall der BE-PS 5 40 374, und es findet sich keine Anweisung für den Fachmann, die bekannte Rippenstellung auch durch gemeinsames Schneiden und Biegen zu erzeugen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Anspruch 2 erfaßt.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, wie sie in den Ansprüchen 3 bis 5 gekennzeichnet ist.

Die Erfindung und Ausführungsbeispiele werden anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 perspektivisch ein Stück eines Wärnietauscherelementes,

Fig.2 einen Teil des in Fig. 1 dargestellten Stücks eines Wärmeaustauscherelementes in einer Seitenansicht

F i g. 3 einen vergrößerten und etwas vereinfachten Teilschnitt längs der Linie 3-3 in F i g. 1,

F i g. 4 in einer F i g. 1 ähnelnden perspektivischen Darstellung eine abgeänderte Ausführungsform eines Wärmetauschers,

F i g. 5 einen Teil des Wärmetauscherelementes nach F i g. 4 in einer Seitenansicht.

In F i g. 1 bis 3 ist ein Wärmetauscherelement 1 nach der Erfindung als Endabschnitt eines langgestreckten, rohrförmigen Bauteils 2 dargestellt, das aus einem rohrförmigen Ausgangsmaterial hergestellt ist, dessen Bearbeitung von dem einen Endabschnitt A aus gemäß F i g. 1 in Richtung auf das andere Ende B fortschreitet,

woraufhin der Wärmetauscher von dem sich zwischen den Punkten Sund Cerstreckenden Abschnitt des rohrförmigen Bauteils oder Werkstücks 2 abgetrennt wird, soweit der herzustellende Wärmetauscher die gewünschte Länge erreicht hat, die z. B. der Strecke zwisehen den Punkten A und Centspricht.

Das fertige Wärmetauscherelement 1 weist einen Hauptkörper 3 auf, von dem aus langgestreckte Rippen 4, 5 und 6 nach außen ragen, die Reihen von Rippen bilden, welche sich an langgestreckte, nach außen vorspringende Stege 7,8 und 9 anschließen, die durch Querabstände getrennt sind und sich parallel .zur Längsachse des rohrförmigen Bauteils 1 erstrecken. Jede der Rippen oder Finnen 4,5 und 6 setzt sich aus einem langgestreckten Basisabschnitt 10 und einem freien äußeren Endabschnitt 11 zusammen. Die Finnen 4,5 und 6 werden aus dem Werkstoff des Bauteils 2 gebildet und die Basisabschnitte 10 der Rippen hängen mit dem benachbarten, darunterliegenden Teil des Hauptkörpers des fertigen Wärmetauschers zusammen.

Gemäß Fig.¹. hat das rohrförmige Baute·! 2 eine rechteckige ■Querschnittsform mit einer oberen S-'andfläche 12, einer dazu parallelen unteren Wandfläche 13 und zwei voneinander abgewandten seitlichen Wandflächen 14 und 15, die sich zwischen den Längskanten der Wandflächen 12 und 13 und im rechten Winkel dazu erstrecken. Das rohrförmige Bauteil 2 weist sich in der Längsrichtung erstreckende öffnungen oder Durchlässe 16 auf. Zwar ist in F i g. 1 bis 3 ein rohrförmiges Bauteil von rechteckiger Querschnittsform dargestellt, das mehrere solche Öffnungen oder Kanäle 16 aufweist, doch handelt es sich hierbei lediglich um ein Beispiel, denn man könnte im Rahmen der Erfindung auch rohrförmige Bauteile verwenden, die keinen rechteckigen Querschnitt haben und nur einen einzigen sich in der Längsrichtung erstreckenden Kanal aufweisen.

Das rohrförmige Bauteil 2, aus dem der Wärmetauscher 1 hergestellt wird, kann aus einem beliebigen, dem Verwendungszweck entsprechenden Werkstoff, z. B. Aluminium, bestehen, und zusätzlich zu den drei gegenüber der oberen Wandfläche 12 nach oben ragenden Stegen 7, 8 und 9 sind vorzugsweise drei weitere ähnliche Stege 17, 18 und 19 vorhanden, die gegenüber der unteren Wandfläche 13 nach außen ragen.

Soll ein Wärmetauscher 1 hergestellt werden, kann man zuerst das rohrförmige Bauteil 2 herstellen, bei dem sich die Stege 7 bis 9 und 17 bis 19 über seine ganze Länge erstrecken. Danach können die von den Rippen 4,5 und 6 jeweils gebildeten Querreihen an den Stegen 7, 8 und 9 nacheinander ausgebildet werden, wobei dieser Vorgang vom einen Ende A des rohrförmigen Bauteils aus in Richtung auf das andere Ende B fortschreitet. Die Rippen 4, 5 und 6 können aus den Stegen 7, 8 und 9, gegenüber denen sie nach außen ragen, z. B. mit Hilfe des in F i g. 1 dargestellten Schneidwerkzeug 20 herausgeschnitten oder herausgemeißelt werden.

Das Schneidwerkzeug 20 besitzt drei langgestreckte Schneidflächen 21, 22 und 23, die in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise nebeneinander angeordnet sind und sich gegenüber den Stegen 7, 8 und 9 in der Längsrichtung bewegen lassen. Die beiden Schneidflächen 21 und 23, die die beiden äußeren Schneidflächen des Werkzeugs 20 bilden, liegen in einer gemeinsamen gekrümmten Fläche. Die an den unteren Enden der Schneidflächen 21, 22 und 12. ausgebildeten Schneiden 24 erstrecken sich vorzugsweise entlang einer gemeinsamen geraden Linie quer zur Längsachse des Bauteils 2.

Bei dem Schneidwerkzeug 20 ragt die zwischen den Schneidflächen 21 und 23 angeordnete Schneidfläche 22 gemäß F i g. 1 gegenüber der zugehörigen Schneide 24 weiter nach rechts als die Schneidflächen 21 und 23, so daß der Hauptteil der Schneidfläche 22 gegenüber den Schneidflächen 21 und 23 in der Richtung, in der sich das Schneidwerkzeug während eines Schneidvorgangs bewegt (gemäß F i g. 1 von links nach rechts), nach vorn versetzt ist Die Schneidflächen 21,22 und 23 haben eine solche Breite und sind relativ zueinander so angeordnet, daß sich jede Schneidfläche während einer Schneidbewegung des Werkzeugs 20 längs des zugehörigen Stegs der drei vorhandenen Stege bewegt

Während des Gebrauchs führt das Schneidwerkzeug 20 mehrere Schneidhübe nacheinander so aus, daß die Bearbeitung des Bauteils 2 von dem Ende A in Richtung auf das Ende B fortschreitet und daß die Schneidflächen 21,22 und 23 aus den Stegen 7,8 und 9 jeveils Rippen 4 bzw. 5 bzw. 6 herausschneiden und nach ot^en umbiegen. Gemäß F i g. 3, wo der Steg 8 zusammen mit einer der zugehörigen Rippen 5 schematisch dargestellt ist, werden die Rippen 4, 5 und 6 aus den zugehörigen Stegen 7, 8 und 9 dadurch gebildet daß die SchneidfläCfien 21, 22 und 23 veranlaßt werden, sich längs aufeinanderfolgender paralleler Bahnen zu bewegen, wie es in F i g. 3, z. B. bezüglich des Stegs 8 durch die Bahnen 25 und 26 angedeutet ist Während sich die Schneiden 24 längs dieser aufeinanderfolgenden Bahnen schräg nach unten bewegen, biegen die Hauptteile der Schneidflächen 21, 22 und 23 das von den darunterliegenden Stegen 7,8 und 9 abgeschnittene Metall so nach oben um, daß die entstehenden Rippen 4, 5 und 6 gegenüber dem Bauteil 2 nach außen ragen. Da die aufeinanderfolgenden Schnittlinien 25 und 26 entlang den oberen Flächen der Rippen 7,8 und 9 in Abständen verteilt sind, entstehen nach dem Erzeugen der ersten Rippen 4,5 und 6 auf den Stegen 7,8 und 9 anfänglich an den äußeren Enden jeder der Rippen 4,5 und 6 geneigte Endabs-'hnitte, die dem in Fig.3 gezeigten Endabschnitt 27 ähneln. Jedoch bewirkt der Schneidvorgang, daß die Rippen 4, 5 und 6 in der Längsrichtung zusammengedrückt werden, so daß die Abschrägung 27 in der Praxis im wesentlichen verschwinden and Rippen entstehen, die die übliche Dicke haben, so daß die äußeren Enden der Rippen 4, 5 und 6 ähnlich der Darstellung in F i g. 1 und 2 relativ glatte Seitenflächen erhalten.

Wie erwähnt, ist der Hauptteil der Schneidfläche 22 gegenüber den Hauptteilen der Schneidflächen 21 und 23 nach vom versetzt Beim Bilden der Rippen 4,5 und 6 erstrecken sich zwar die Basisabschnitte 10 der einander in der Querrichtung unmittelbar benachbarten Rippen 4, 5 und 6 in den einander benachbarten Län^sreihen jeweils entlang einer gemeinsamen geraden Linie quer zu den Stegen 7,8 und 9, doch ragen die freien äußeren Endabschnitte 11 jeder der Rippen 5 auf dem mittleren Steg 8 von dem Ende .3 des rohrförmigen Bauteils 2 aus betrachtet weiter nach vorn in Richtung auf das Ende A als die Rippen 4 und 6 auf den Stegen 7 und 9.

Bei dieser Ausführungsform des Wärmetauschers 1 ragen die freien Endabschnitte 11 der Rippen 5 jeder zweiten der Rippenreihen auf den Stegen 7 bis 9 gegenüber den Rippen 4 und 6, die ihnen in der Querrichtung auf beiden Seiten unmittelbar benachbart sind, weiter nach vorn, so daß sie Hindernisse bilden, die sich quer zu den Kanälen erstrecken, welche zwischen

den Rippen 4 und 6 vorhanden sind die längs des Hauptkörpers 3 in Abständen verteilt sind. Diese Konstruktion führt zu einer Erhöhung des statischen Druckabfalls in dem Wärmetauscher 1, wenn Luft quer zur Längsachse der Fläche strömt, gegenüber der die Rippen 4,5 und 6 nach außen ragen. Ferner führt diese Anordnung zu einer Steigerung der Turbulenz der an dem Wärmetauscher vorbeitströmenden Luft sowie zu einer Erhöhung der Wärmeübertragungsleistung des Wärmetauschers beim Gleiten über die genannte Fläche strömenden Luftvolumens im Vergleich zu einem Wärmetauscher, bei der die einander in der Querrichtung unmittelbar benachbarten Rippen sämtlich jeweils in einer gemeinsamen Fläche liegen.

Nachdem das rohrförmige Bauteil 2 längs der gewünschten Sirecke, z. B. der Strecke A-C, mit Rippen 4, 5 und 6 versehen worden ist, kann man das rohrförmige Bauteil am Punkt C in der Querrichtung durchschneiden, so daß man ein fertiges Wärmetauscherelement erhält, über dessen ganze Länge Rippen 4,5 und 6 verteilt sind. Gemäß F i g. 1 bis 3 weist der gezeigte Wärmetauscher 1 nur Rippen 4, 5 und 6 auf, die nur gegenüber der oberen Wandlfäche 12 nach außen vorspringen, und in der Praxis könnte man einen Wärmetauscher auch in dieser Weise ausbilden. Gegebenenfalls könnte man jedoch das rohrförmige Bauteil 2 an anderen Wandflächen, z. B. den Stegen 17, 18 und 19 auf der unteren Wandfläche 13, mit den Rippen 4,5 und 6 ähnelnden Rippen versehen.

In Fig.4 und 5 ist eine weitere Ausführungsform w eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers dargestellt. Die Teile dieses Wärmetauschers, die in F i g. 1 bis 3 dargestellten Teilen entsprechen, sind jeweils mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet während Teile, die in F i g. 1 bis 3 gezeigten Teilen nur ähneln, jedoch als Ersatz für sie vorgesehen sind, mit den gleichen BcZügSZähien, jedoch unter Beifügung des Buchstabens a, bezeichnet sind.

Der Wärmetauscher la nach Fig.4 und 5 ist allgemein ebenso ausgebildet wie derjenige nach F i g. 1 bis 3, abgesehen davon, daß die Basisabschnitte 10 der Rippen 4 und 6 auf den Stegen 7 und 9 nicht in Querfluchtung mit den Basisabschnitten 10a der Rippen 5a auf dem Steg 8 stehen.

Bei dem Schneidwerkzeug 20a ist die gesamte +5 Schneidfläche 22a mit der zugehörigen Schneide 24a gegenüber den Schneidflächen 21 und 23 in der Schnittrichtung nach vorn versetzt Die Schneidfläche 22a springt gegenüber den Schneidflächen 21 und 23 nach vorn vorzugsweise über die Hälfte des Längsab-Standes zwischen benachbarten Rippen 4 und 6 vor, die über die Länge der Stege 7 und 9 verteilt sind, so daß die einander in der Querrichtung unmittelbar benachbarten Rippen 4 und 6 auf den Stegen 7 und 9 jeweils in gemeinsamen Flächen liegen, während die ihnen benachbarten Rippen 5a auf dem Steg 8 in der Mitte zwischen diesen Rippen angeordnet sind.

Bei dieser Ausfühningsform werden die Querkanäle, die sich zwischen einander benachbarten Paaren von Rippen 4 und 6 erstrecken, welche entlang den Stegen 7 und 9 in Abständen verteilt sind, durch die in der Mitte dazwischen angeordneten Rippen 5a teilweise blockiert, so daß sich verengende, gewundene Strörnungswege vorhanden sind, die sich zwischen den Rippen 4,5a und δ quer zur Längsachse des Wärmetauschers Xa erstrecken.

Zwar sind bei den dargestellten Wärmetauschern t und la jeweils nur drei Reihen von Rippen vorhanden, doch sind diese AusfUhrungsformen nur als Beispiele zu betrachten; mit anderen Worten, es können gemäß der Erfindung Wärmetauscher hergestellt werden, die eine größere Anzahl von mit Rippen versehenen Stegen aufweisen, welche in Abständen quer zur Längsachse verteilt sind. Ferner ist es im Rahmen der Erfindung gegebenenfalls möglich, die Rippen nicht zu miteinander abwechselnden Reihen zu vereinigen, sondern z. B. jeweils Paare von Rippenreihen oder andere Gruppierungen vorzusehen, bei denen die Rippen in der Längsrichtung gegeneinander versetzt sind.

Durch die Erfindung ist ein neuartiger Rippenwärmetauscher geschaffen worden, der sich in der Praxis als zweckmäßig erweist, mit einem hohen Wirkungsgrad arbeitet und sich leicht und mit geringen Kosten herstellen läßt.

Hierzu 1 Bist!

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscherelementes aus einem rohrförmigen Ausgangskörper von etwa rechteckiger Querschnittsform, dessen Wandung eine Anzahl von zueinander parallelen, in Längsrichtung und im Abstand voneinander angeordneten Außenstegen aufweist, von deren Oberflächen, mit diesen einstückig verbunden, nach außen abstehende Finnen in quer zu den Stegen verlaufenden Reihen, durch schräg zur Stegoberfläche verlaufendes, arbeitstaktweises Schneiden des Stegmaterials und im Zuge des Schneidens wirkendes Biegen gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Arbeitstakt alle Finnen einer Reihe gleichzeitig geschnitten werden, wie bekannt, und daß das Biegen der Finnen bis zu einer Stellung erfolgt in der die freien Enden von in Querrichtung jeweils benachbarten Finnen einen unterschiedlichen Abstand von den Enden des Rohres aufweisen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnitt derart angesetzt wird, daß die Basen von in Querrichtung jeweils benachbarten Finnen bei Beendigung des Schnitts einen unterschiedlichen Abstand von de« Enden des Rohres aufweisen.

3. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Schneidwerkzeug, das eine der Anzahl von gleichzeitig zu bearbeitenden Stegen entsprechende Anzahl von gegenüber den Stegen ausgerichteten mitrnander fluchtenden Schneiden aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die die Finnen (4,5, 5a, 6) absp- ^rienden Schneidflächen (21,22,22a, 23) jeweils benachbarter Schneiden (24, 24a) des Werkzeugs (20) unterschiedlich gekrümmt sind.

4. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 2 mit einem Schneidwerkzeug, das eine der Anzahl von gleichzeitig zu bearbeitenden Stegen entsprechende Anzahl von gegenüber den Stegen ausgerichteten Schneiden aufweist, dadurci? gekennzeichnet, daß jeweils benachbarte Schneiden (24, 24a) des Werkzeugs (20a) in Längsrichtung der Stege (7, 8, 9) zueinander versetzt und unterschied- « lieh gekrümmt sind.