DE2610673A1 - Waermetauscher - Google Patents

Description

Dipl.-Ing. H. Sauenland · Dr.-Ing. R. König ■ Dipl.-Ing. K. Bergen Patentanwälte · 4odd Düsseldorf 30 · Cecilienallee ve ■ Telefon 433732

12o März 1976 30 667 B

Champion Home Builders Co., 5573 East North Street,

Dryden, Michigan 48428 (V.St₀A.)

"Wärmetauscher"

Die Erfindung betrifft Wärmetauscher, insbesondere solche, die eine Vielzahl von gas- oder flüssigkeitsführenden Rohren in zylindrischer Anordnung besitzen, wobei über die Länge der Rohre mehrere dünnwandige, ringförmige Rippen mit Abstand zueinander zur Steigerung des Wirkungsgrads des Wärmeaustauschs angeordnet sind. Jede Rippe ist dabei mit mehreren gestanzten Löchern versehen, um eine Schar von Rohren aufzunehmen. Ein derartiger Wärmeaustauscher kann so montiert werden, daß er um die Achse der Rippen rotiert, wobei die Rotation einen axialen Luftstrom in das Zentrum der Rohrschar und dann radial nach außen über die Oberfläche der Rohre und Rippen erzeugt. Beispiele für derartige Wärmetauscher sind in den US-PS »en 3 189 276 und 3 347 059 beschrieben«,

Wenn im Zusammenhang mit der Erfindung das Wort "ringförmig" verwendet wird, so bedeutet dies jede in der Mitte offene Form und nicht nur kreisbogenförmige Ringe.

Um solch eine Kühlrippe als ein ringförmiges Teil mit einem inneren Durchmesser von z.B₀ ungefähr 30,5 cm herzustellen, fällt eine erhebliche Menge an Abfallmaterial

fu

609839/0361

ORIGINAL INSPECTED

2 6 1 Π R

an. In welcher Anordnung derartige Rippen auch immer aus dem tafelförmigen Ausgangsmaterial gestanzt oder geschnitten werden, es wird notwendigerweise erheblicher Abfall sowohl zwischen benachbarten Rippen als auch innerhalb der Ringform entstehen.

Um die Ausnutzung zumindest etwas zu verbessern, könnte die Rippe jeweils in Segmente unterteilt werden, z.B. in vier gebogene UmfangsSektionen» Dann könnten solche Viertelrippen derart auf dem Ausgangsmaterial zusammengruppiert werden, daß der konvexe äußere Umfang eines Segments nahe an den konkaven Innenumfang des benachbarten Segmentes gebracht wird. Eine derartige Anordnung hat jedoch immer noch den Nachteil, daß zwangsläufig zwischen benachbarten Segmenten Abfall bzw_o Ausschuß entsteht_o

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen "Wärmetauscher vorzuschlagen, der es ermöglicht, Abfall zwischen benachbarten Segmenten vollständig zu vermeiden und damit die Herstellungskosten für die Kühlrippenerheblich zu verringern. Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf dem Gedanken, von der bisher ausschließlich benutzten Rippenform abzuweichen, bei der der Ring aus innerer und äußerer, konzentrischer, kreisförmiger Kante gebildet wird. Erfindungsgemäß wird jede Rippe in Segmente unterteilt und der Radius des Bogens der Außenumfangskante identisch dem Radius des Bogens der inneren Umfangskante gewählt. Somit erhält der Außenumfang jeder Rippe eine ausgebeulte oder nockenartige Form mit jeweils einer nach außen gerichteten Ausbuchtung im Mittelstück jedes Rippensegments_o Der erfindungsgemäßen Lösung werden auch andere Formen bzw. Zuordnungen gerecht, die geradlinige anstelle gebogener Segmente ver—

6 09839/0 361

wenden und das Konzept beibehalten, innere und äußere Kantenkontur oder -umriß identisch zu halten bzw. auszubilden.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß die Rippensegmente in einer perfekten Gruppierung aus dem Ausgangsmaterial gewonnen werden können, ohne daß zwischen benachbarten Segmenten auch nur irgendein Abfall zustande kommt, da die Außenkontur jedes Rippensegments identisch mit der Innenkontur des benachbarten Rippensegmentes ist. Auf diese Weise wird eine erheblich wirtschaftlichere Herstellung der Rippen erzielt.

Zwar ist der grundsätzliche Gedanke der ^MLinie-an-Linie"~ Gruppierung als solcher nicht neu (GB-PS 1553 und US-PS 1 416 949)» jedoch wird durch diese Druckschriften der Kern der Erfindung keineswegs nahegelegt, nämlich die traditionelle Form für ringförmige Kühlrippen in Form zweier konzentrischer Kreise ungleicher Radien aufzugeben und stattdessen in Segmente aufgeteilte Ringe zu verwenden, wobei die Segmente innere und äußere Kanten identischer Kontur besitzen.

Anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsbeispiele dargestellt sind, wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Teil eines Wärmetauschers mit erfindungsgemäßen Kühl- bzw. Wärmetauschrippen, in perspektivischer Darstellung;

Fig. 2 eine Stirnansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Rippe, mit Rohren im Querschnitt;

60 9 839/0361

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2, gesehen in Pfeilrichtungj

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Ausgangstafel, wobei gestrichelt der jeweilige Umfang der daraus zu schneidenden Rippensegmente gemäß der Erfindung dargestellt ist;

FJg₀ 5 eine der Fig. 4 ähnliche Ansicht, wobei das Abfallmaterial, das bei einer alternativen Rippengestaltung anfällt, gezeigt ist;

Fig, 6 eine Stirnansicht, ähnlich wie Fig. 2, einer modifizierten Rippenform;

Fig. 7 eine Draufsicht auf die Ausgangstafel bei Verwendung der Rippensegmente gemäß Fig. 6;

Fig. 8 eine Stirnansicht, ähnlich der Fig. 6, eines Teils einer anderen, modifizierten Rippenform; und

Fig. 9 eine Draufsicht, ähnlich der Fig. 7> der Ausgangstafel, aus der Rippensegmente gemäß Fig_o 8 gebildet werden sollen.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Teil eines typischen, rotierenden "Wärmetauschers dargestellt, bei dem eine Ausführungsform der Erfindung verwirklicht ist. Der Wärmetauscher 10 weist eine Vielzahl von gas- oder flüssigkeitsführenden Rohren 12 auf, die parallel, seitlich mit Abstand zueinander in im wesentlichen zylinderförmiger Anordnung eingebaut sind. Die Rohre erstrecken sich durch Löcher 14 eines Stapels in Achsrichtung der Rohre mit Abstand zueinander angeordneter ringförmiger Rippensektionen oder -segmente 16; die gesamte Anordnung kann durch nicht dargestellte Einrichtungen um eine zentrale Achse 18

B09839/0361

261Π673

(s. Fig. 2) rotiert werden₀

Die im wesentlichen ringförmigen Rippen des dargestellten Ausführungsbeispiels bestehen somit jeweils aus vier gebogenen Rippensegmenten 16, die Ende an Ende angeordnet sind, wobei durch leichten Abstand zueinander jeweils ein Umfangsschlitz 20 belassen wird₀ Obwohl für die Erfindung nicht von ausschlaggebender Bedeutung, ist dieser Schlitz insofern vorteilhaft, als er dazu dient, die Grenzschicht, die sich entlang der rotierenden Rippen bildet und den maximalen Wärmetausch-Wirkungsgrad beeinträchtigt, zu brechen.

Gemäß Fig. 2 dient die Achse 18 als der Mittelpunkt für den Bogen des Radius R, auf dem der Mittelpunkt jedes Rohrlochs 14 liegt. Somit liegen alle Rohre auf ein und demselben Kreisumfang, dessen Mittelpunkt die Rotationsachse 18 ist. Die äußere Umfangskante jedes Rippensegmentes beschreibt ebenfalls einen Kreisbogen, und zwar mit identischem Radius R, wobei jedoch der Mittelpunkt dieses Bogens radial nach außen von der Achse 18 in Richtung zum zugeordneten Rippensegment verlegt ist, wie durch Punkt 22 angegeben. In ähnlicher Weise beschreibt bzw. bildet die innere Umfangskante jedes Rippensegments einen Bogen mit identischem Radius R, und zwar geschlagen vom Punkt 24 aus, der bezogen auf den Punkt 22 auf gegenüberliegender Seite der Achse 18 liegt,, Eine derartige Anordnung führt zu einer gleichen Rippenbreite sowohl auf der inneren als auch der äußeren Seite jedes für die Rohre vorgesehenen Loches 14. Es sei darauf hingewiesen, daß das zuvor beschriebene System zur Bestimmung der Punkte 22 und 24 relativ zur zentralen Achse 18 auch in entsprechender Weise für die anderen Rippensegmente der Fig. 2 gilt und angewandt wird. Das heißt, daß bei

G0 983U/Q361

gemeinsamen Mittelpunkten für die Kreisbogen, auf denen Löcher 14 jedes Rippensegments liegen, die Mittelpunkte für die Kreisbogen, die die inneren und äußeren Kanten für jedes Rippensegment bestimmen bzw. bilden, für jedes Rippensegment eine andere Lage besitzen, wobei der Mittelpunkt für jeden äußeren Bogen zwischen der Achse 18 und diesem Bogen liegt und die Achse 18 mittig zwischen den Mittelpunkten für den inneren und äußeren Bogen für jedes Rippensegment liegt. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, wird jedes ein Rohr aufnehmende Loch 14 vollständig von einem ringförmigen Bund oder Kragen umgeben, wodurch sowohl die Wärmeleitung zwischen Rohr und Rippe vergrößert als auch der axiale Abstand von Rippe zu Rippe entlang der Rohre sichergestellt wird. Wenn es erwünscht ist, können in Längsrichtung mit Abstand angeordnete Rippengruppen unterschiedliche relative Winkelposition zueinander einnehmen, so daß nicht sämtliche Schlitze 20 in Längsrichtung fluchtend angeordnet sind.

In Figo 4 ist eiiE Blechtafel 26 dargestellt, auf der die Umrisse mehrerer Rippensegmente 16 angegeben sind. Die Maßnahme, einen identischen Radius R für die inneren und äußeren Umfangskanten jedes Rippensegments vorzusehen, erlaubt es, daß benachbarte Rippensegmente passend in perfekter Linien-Berührung gruppiert werden können, ohne daß zwischen diesen Segmenten Abstand herrscht und damit Abfallmaterial entsteht. Außerdem können Seite an Seite zwei entgegengesetzt ausgerichtete Reihen solcher Segmente angeordnet werden, so daß der einzig anfallende Abfall oder Verschnitt in den Bereichen 28 und 30 entsteht. Die Tafel 26 kann somit fortschreitend einer Stanze zugeführt werden, so daß Rippensegmente 16 aus dem Blech geschnitten oder gestanzt werden können,,

3 9/0361

Es sei darauf hingewiesen, daß die dargestellte Doppeire ihen-Anordnung auf dem Blech nur "beispielhaft ist, denn der grundlegend wichtige Gedanke dieses Ausführungsbeispiels ist die passende Linienberührung "benachbarter innerer und äußerer Umfangebogen, was durch die identischen inneren und äußeren Radien gemäß der Erfindung erreicht wird» Außerdem ist es möglich, das Ausgangsblech auf eine Abmessung zu teilen "n" mal der Breite "w" eines Segments (gemessen an seinem Mittelpunkt) und gleichzeitig "n^H Umfangskanten und ^ttn^M Paare von Endkanten zu schneiden, womit erreicht wird, daß jede beliebige ganze Zahl "n" an Segmenten aus einer einzigen Reihe aus der Tafel mit jedem Arbeitsgang der Stanze geschnitten werden_c

Im Unterschied zu den zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Rippensegmenten befinden sich auf der Tafel 32. gemäß Fige 5 eine Vielzahl von Rippensegmenten 34, die durch Unterteilen einer ringförmigen Rippe entstehen, die in herkömmlicher Weise konzentrisch zueinander verlaufende innere und äußere Umfangskanten ungleicher Radien besitzt. Das sich daraus ergebende zusätzliche Abfallmaterial zeigt sich in Fig₀ 5 gemäß der die verschiedenen Konturen der inneren und äußeren Umfangskanten benachbarter Segmente große Abfallbereiche 36 zwischen den Segmenten hervorrufen. Die erhebliche Einsparung an Material, die durch das segmentartige Unterteilen nicht konzentrisch geformter Rippen gemäß der Erfindung erreicht wird, wird deutlich bei einem Vergleich der Blechausnutzung zwischen Fig. 4 und 5.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung in vorteilhafter Weise auch durch Verwendung einer größeren oder kleineren Zahl gebogener Rippensegmente für jede Rippe verwirklicht werderikann, so daß die dargestellte Ein-

6 0 983 9./036 1

teilung in vier identische Segmente nur als Beispiel des erfindungsgemäßen Vorschlags anzusehen ist. Darüber hinaus muß betont werden, daß es im Rahmen der Erfindung auch mit Vorteil möglich ist, nicht bogenförmige Ringsegmente vorzusehen. Beispielsweise kann eine ringförmige Rippe polygonaler Form in Segmente unterteilt werden, so daß jedes Segment Zickzackform erhält, wobei jedoch die innere Kantenkontur immer noch passend mit der äußeren Kantenkontur übereinstimmte In Fig. 6 ist eine solche Möglichkeit dargestellt, wobei jedes Rippensegment 38 Zickzackform besitzt mit identischen inneren und äußeren Konturen, so daß Linien-an-Linien-Gruppierung auf einem Blech 40, wie in Figo 7 dargestellt, möglich ist„

Ähnlich zeigt Fig. 8 eine polygonale Rippe aus Segmenten 42 mit geraden Kanten, was für diese eine Ausstanzanordnung gemäß Figo 9 ermöglicht, oder auch eine "Ende-anEnde "-Anordnung in einer einzigen Reihe, wie beispielsweise eine horizontale Reihe der in Fig. 9 dargestellten.

Obwohl die Rohre als in zylindrischer Zuordnung montiert dargestellt und beschrieben worden sind, und zwar auf einem gemeinsamen Radius um die Achse 18, so muß hier darauf hingewiesen werden, daß diese Anordnung nur als bevorzugt anzusehen ist, und zwar aus Gründen des dynamischen Gleichgewichts bzw. der Auswuchtung.

6 09839/0361

Claims (5)

1. Champion Home Builders Co., 5573 East North Street, Dryden, Michigan 48428 (V₆St₀A.)

   Patentansprüche;

   arme tauscher, "bestehend aus mehreren gas- oder flüssigkeitsführenden Rohren in gegenseitigem Abstand von vorzugsweise zylindrischer Anordnung sowie einer Vielzahl im wesentlichen ringförmiger Rippen, die in Längsrichtung der Rohre mit Abstand voneinander angeordnet sind und Löcher zur Aufnahme der Rohre "besitzen, dadurch gekennzeichnet , daß jede Rippe aus mehreren in einer Ebene angeordneten Segmenten (16, 38) besteht, deren innere und äußere Kanten identische, jedoch radial versetzte Konturen besitzen.
2. 2. Wärmetauscher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet , daß jede Rippe aus mehreren gebogenen Segmenten (16) besteht, die innere und äußere gebogene Kanten mit identischen jedoch radial versetzten Radien besitzen.
3. 3. Verfahren zura. Herstellen der Rippen des "Wärmetauschers gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß mehrere identische Rippensegmente aus einem Metallblech gestanzt oder geschnitten werden, das aufeinanderfolgend durch die Stanze od₀dgl₀ geteilt wird, wobei jedes Segment durch radial mit Abstand zueinander angeordnete erste und zweite Umfangskanten identischer Kontur und zwei umfangsmäßig mit Abstand angeordnete, im wesentlichen radial sich erstreckende Endkanten gebildet wird, wobei

   6 Ü 9 8 3 9 / (I 3 6 1

   a) die erste Umfangskante eines Rippensegments geschnitten wird;

   b) das Ausgangsmaterial um eine der radialen Breite

   des Segments an dessen Umfangsmittelpunkt entsprechendeJDistanz geteilt bzw. geschaltet oder verschoben wird, wobei die Teilrichtung entlang dem durch den Segmentmittelpunkt verlaufenden Radius verläuft;

   c) die zweite Umfangskante des Segments geschnitten wird, wobei dasselbe Werkzeug wie bei der Herstellung der ersten Umfangskante benutzt wird, und die Schneidoder Trennlinie der zweiten Umfangskante die erste Umfangskante des nächsten benachbarten Segments festlegt, das beim nächstfolgenden Hub des Werkzeuges nach erfolgtem Vorschub des Ausgangsmaterials hergestellt werden soll;

   d) eine Vielzahl derartiger Rippensegmente Ende-an-Ende zur Bildung einer ringförmigen Rippe angeordnet wird; und

   e) durch die Verwendung identischer Konturen für erste und zweite Umfangskanten jedes Rippensegments diese ohne Materialverlust zwischen benachbarten Segmenten aus einer Tafel od.dgl. hergestellt werden können.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die ersten und zweiten Umfangskanten sowie die beiden endseitigen Kanten jedes Rippensegments gleichzeitig geschnitten werden.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß

   G (j 9 8 3 !J /0361

   a) gleichzeitig eine Anzahl ⁿn^M identischer Umfangskanten geschnitten wird, die identisch orientiert und seitlich nebeneinander mit einem Abstand auf dem Ausgangsmaterial liegen, der gleich der radialen Breite ^Mw" des Rippensegments am Umfangsmittenbereich ist, während

   b) gleichzeitig "n" Paare von endseitigen Kanten, die die Umfangskanten miteinander verbinden, geschnitten werden, wodurch aus dem Ausgangsmaterial ^Mnⁿ Rippensegmente getrennt bzw. hergestellt werden;

   c) jede Trennlinie für eine der Umfangskanten sowohl die radial innere Kante eines Segments als auch die radial äußere Kante des benachbarten Segments auf dem Ausgangsmaterial darstellt, wodurch Abfall zwischen benachbarten Segmenten vermieden wirdj

   d) das Ausgangsmaterial um eine Entfernung "nw^M in Richtung des seitlichen Abstandes der Umfangskanten geteilt bzw. vorgeschoben wird;

   e) die Schritte (a), (b) und (c)mehrfach wiederholt werden; und

   f) mehrere der auf diese Weise hergestellten Rippensegmente Ende an Ende zur Bildung einer ringförmigen Rippe angeordnet werden.

   B f) 9839/0361