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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhalten eines
zum Bau eines Hochleistungswärmetauschers
geeigneten teilweise gewellten Blechs und eine Anlage zum Erhalten
des teilweise gewellten Blechs gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw.
3.
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STAND DER
TECHNIK
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Bekanntermaßen besteht
ein Luft-Luft-Wärmetauscher
zum Kühlen
elektrischer Schaltschränke im
Allgemeinen aus einem Plattenstapel, welcher so angeordnet ist,
dass zwei getrennte Kreisläufe
für heiße Luft
bzw. Kühlluft
erhalten werden.
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Letztere
beseitigt den Wärmegehalt
der ersteren in relativ kurzer Zeit bezogen auf die Massenströme und die
Kontaktfläche
zwischen den Fluiden und dem Plattenstapel.
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Weil
der kinetische Beitrag des Fluids ein entscheidender Faktor zur
Sicherstellung eines effizienten Wärmeaustauschs ist, sind beide
Kreisläufe häufig mit
entsprechenden Mitteln zum schnellen Bewegen der Luft, z. B. einem
Gebläse,
ausgestattet.
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Der
Plattenstapel ist in einem normalerweise aus Metall hergestellten
Gehäuse
aufgenommen, welches neben dem zu kühlenden Metallschaltschrank
angeordnet und mit dem Inneren des Schaltschranks derart verbunden
ist, dass Wärme
abgeführt
und auf diese Weise die im Schaltschrank vorhandene Luft gekühlt wird.
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Bei
einer nach dem Stand der Technik bekannten Ausgestaltung wird der
Plattenstapel aus einer einzelnen Rolle Blech, normalerweise aus
Aluminium, hergestellt, welches abgerollt und danach "ziehharmonikaartig" geknickt bzw. gebogen
wird, so dass mehrere Durchgänge
erzeugt werden, und welcher ferner von den Innenflächen des
Gehäuses
und Dämmstoffstreifen
umgeben ist. Bei dieser Ausgestaltung besteht ein Problem darin,
dass das Blech eine flache Oberfläche hat und daher der Wärmeaustausch
relativ gering ist.
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Das
kann durch eine Steigerung der Strömungsrate des Fluids kompensiert
werden, jedoch führt
das in Folge eines vom Quadrat von dessen Geschwindigkeit abhängigen lokalen
Druckabfalls zu einer beträchtlichen
Energiestreuung.
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Aus
dem Stand der Technik ist es auch bekannt, gewellte Plattenstapel
zu verwenden, welche eine größere Austauschfläche bei
gleichen Längendimensionen
haben.
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Ein
Nachteil dieser Technik ist, dass deren Verwendung auf Stapel mit
mehreren übereinanderliegenden
getrennten Blechen beschränkt
ist, ohne dass diese nach Abrollen eines Blechs von einer Rolle "ziehharmonikaartig" geknickt werden,
weil der Knickvorgang eine Längsspannung
hervorrufen und zu einer Verringerung der Krümmung der Wellen führen würde.
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Außerdem ist
es schwierig, das Blech korrespondierend zu den Wellen zu knicken,
und es muss daher ein relativ dickes Material verwendet werden.
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Ein
weiteres Problem besteht darin, dass bei einem aus einem flachen
Blech hergestellten Luft-Luft-Wärmeaustauscher
der Einlass und Auslass auf der Gehäusediagonalen gegenüberliegen.
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Die
Luft neigt dazu, den Wärmetauscher
auf kürzestem
Weg zu durchqueren, wobei äußere Teile des
Gehäuses
vom Wärmeaustauschprozess
ausgeschlossen werden und die Effizienz folglich drastisch reduziert
wird.
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Das
Dokument WO-A-9530867 beschreibt einen Rückgewinnungswärmetauscher
zum Austauschen von Wärme
zwischen zwei Medien über
eine wärmeübertragende
Wand. Die wärmeübertragende Wand
ist aus einem strukturierten Blech hergestellt, welches mehrmals
geknickt ist und eine von einem Gehäuse umgebene mehrschichtige
Einheit bildet. Das Dokument beschreibt die Verfahren zur Herstellung
solcher Wärmetauscher.
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Die
Hauptnachteile des oben erwähnten Wärmetauschers
sind, dass die Herstellung der gegenüberliegenden Walzen bzw. Zylinder
schwierig und teuer ist, und dass der so erhaltene Wärmetauscher
seitliche Bereiche umfasst, in welchen das Fluid nicht richtig fließt, wodurch
die Effizienz des Tauschers eingeschränkt wird.
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Das
Dokument DE-A-3416840 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines
Heizungsboilers mit einem doppelwandigen geschichteten Blech mit einer
Knickstruktur. Die doppelwandigen geschichteten Bleche dienen innerhalb
des Heizungsboilers als Wärmeaustauschmittel.
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Das
Dokument DE-A-3226024 beschreibt ein Verfahren und eine Anlage zur
Herstellung von metallischen Wandplatten sowie die mit dem Verfahren
hergestellten Wandplatten. Bei dem Verfahren wird ein Blech abgerollt
und zu einer Presse transportiert, mit welcher auf der oberen und
unteren Seite des Blechs Krümmungen
hergestellt werden. In einem zweiten Schritt wird das Blech mittels
geeigneten Scheren in vorgegebene Längen geschnitten, wobei es
von einem System befördert
und von einem System längs
dessen Rand geführt
wird.
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BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Erhalten eines teilweise
gewellten Blechs anzugeben, welches insbesondere zur Herstellung
von Wärmeaustauschkreisläufen von
Wärmetauschern geeignet
ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Anlage
zum Herstellen eines teilweise gewellten Blechs anzugeben.
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Diese
Erfindung beschreibt, wie ein teilweise gewelltes Blech bereitgestellt
werden kann, welches einen effizienten Wärmeaustausch sicherstellt.
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Die
Erfindung beschreibt, wie ein relativ kleiner leichtgewichtiger
Hochleistungswärmetauscher bereitgestellt
werden kann, welcher besonders zur Kühlung von elektrischen Schaltschränken geeignet ist.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren zum Erhalten eines teilweise gekrümmten Blechs
mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Anspruch
3 beschreibt eine erfindungsgemäße Anlage
zum Herstellen eines teilweise gekrümmten Blechs.
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Für alle Aspekte
dieser Erfindung beschreiben die abhängigen Ansprüche vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung.
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Die
gewellten Seiten des erfindungsgemäß hergestellten teilweise gewellten
Blechs stellen einen hohen Wärmeaustausch
sicher, sowohl auf Grund der großen Oberfläche als auch auf Grund der
Tatsache, dass diese im Fluid eine derartige Wir belbewegung hervorrufen,
dass alle Teile des Wärmetauschers
erreicht werden, wodurch sichergestellt wird, dass ein Wärmeaustausch
selbst in Randbereichen stattfindet.
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ERLÄUTERUNGEN
DER ZEICHNUNGEN
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Andere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung
einer beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung unter Zuhilfenahme
der anliegenden Zeichnungen offensichtlich, wobei 1 bis 4 schematische
Seitenansichten eines Teils der Anlage zum Herstellen eines teilweise
gewellten Blechs in unterschiedlichen und aufeinanderfolgenden Phasen
des Arbeitszyklus darstellen.
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BESCHREIBUNG
EINER BEVORZUGTEN AUSGESTALTUNG
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In
den Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 10 allgemein eine
Anlage zum Herstellen eines teilweise gewellten Blechs 11 gemäß der Erfindung. Die
Anlage 10 umfasst:
- – Einen
Rollenhalter 12 für
das Blech 11,
- – ein
Steuergerät 13,
- – zwei
gegenüberliegende
Zylinder 14, 15,
- – eine
Abkantpresse 16,
- – zwei
auf geeigneten Führungen
an den Seiten des sich vorwärts
bewegenden Blechs 11 montierte Schlitten 17, 18,
welche mit geeigneten Greifmitteln 19, 20 für die Ränder des
Blechs 11 ausgestattet sind, und
- – eine
Aufnehmervorrichtung für
das teilweise gewellte Blech 11 von der Abkantpresse 16.
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Die
Anlage umfasst stromabwärts
der Abkantpresse 16 typischerweise eine (in den Figuren nicht
gezeigte) Schneidema schine, um das teilweise gewellte Blech 11 in
vorgegebene Längen
zu schneiden.
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Die
Anlage ist auch mit (nicht gezeigten) Sensoren ausgestattet, welche
längs des
Wegs des Blechs 11 entsprechend der vorher beschriebenen Elemente
verteilt sind, und welche mit einer zum Programmieren und Steuern
des gesamten Verfahrens vorgesehenen (nicht gezeigten) elektronischen
Steuereinheit elektrisch verbunden sind.
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Der
Rollenhalter 12 kann aus einer leer laufenden Haspel auf
einer entsprechenden Halterung bestehen und ist dafür bestimmt,
die Anlage 10 mit dem auf der Haspel befindlichen Blech 11 zu
beschicken.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht das
Blech aus Aluminium mit einer optimalen Dehnbarkeit und Verformbarkeit
und einer Dicke von z. B. 0,16 mm.
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Selbstverständlich erfasst
die Erfindung auch Ausgestaltungen, bei welchen das Blech aus einem
anderen Metall oder geeigneten Legierungen mit anderen Dicken hergestellt
ist.
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Vom
Anmelder durchgeführte
Experimente haben gezeigt, dass ein extrem dünnes Blech mit einer Dicke
von 0,1 mm verwendet werden kann.
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Die
Seitenfläche
jedes der gegenüberliegenden
Zylinder 14, 15 hat bezüglich der Einlaufrichtung des
Blechs 11 quer angeordnete Wellen 21 sowie flache
Bereiche 22.
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Die
Zylinder 14, 15 sind mit einer beliebigen, geeigneten
Bewegungsquelle, z. B. einem (in den Figuren nicht gezeigten) Elektromotor,
kinematisch verbunden.
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Die
Zylinder 14, 15 können als Transfervorrichtungen
für das
Blech 11 ausgestaltet sein, um dieses von der Haspel 12 abzuwickeln
und es der Abkantpresse 16 zuzuführen. Das stromabwärts der Haspel 22 angeordnete
Steuergerät 13 kann
zwei Sensoren umfassen, welche mit der elektronischen Steuereinheit
verbunden sind und so arbeiten, dass die Transfergeschwindigkeit
konstant gehalten wird.
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In
bestimmten Abschnitten, z. B. stromaufwärts der Abkantpresse 16,
kann die Anlage 10 (nicht gezeigte) Führungen aufweisen, welche zur
Aufrechterhaltung einer ausreichenden Spannung und richtigen Ausrichtung
des Blechs 11 längs
des in der Anlage einzuhaltenden geraden Wegs vorgesehen sind.
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Die
Abkantpresse 16 umfasst eine Bodenplatte 29, welche
die jeweiligen Gleitschlitten 17, 18 trägt, welche
mit Greifmitteln 19, 20 für das Blech 11 ausgestattet
sind.
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Außerdem sind
die Schlitten 17, 18 mit einem Bewegungsmittel
verbunden, welches wiederum mit einer entsprechenden Bewegungsquelle
und der elektronischen Steuereinheit verbunden ist.
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Ein
Stanzer 35 gleitet an der zentralen Arbeitsposition der
Schlitten 17, 18 gelegen in einer speziellen vertikalen
Führung 36 und
bewegt sich größtenteils
rechtwinklig zur Bewegungsrichtung der Schlitten.
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Ein
Gegenstanzer 37 ist mit dem Stanzer 35 ausgerichtet
und auf der gegenüberliegenden
Seite des Blechs 11 angeordnet. Die Schlitten 17, 18 werden
zu einer geradlinigen Bewegung aufeinander zu und dann voneinander
weg gezwungen zwischen einer zentralen Arbeitsposition, bei welcher
der Abstand zwi schen ihnen minimal ist, und einer wiederkehrenden
entfernten Position am Beginn des Knick- bzw. Biegezyklus des Blechs 11.
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Beim
Knickzyklus kann sich der Stanzer 35 von einer vom Blech 11 beabstandeten
Bereitschaftsposition zu einer Arbeitsposition unter die Ebene des
gleitenden Blechs bewegen.
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Der
Gegenstanzer 37 kann sich von einer vom Blech 11 beabstandeten
Bereitschaftsposition zu einer Arbeitsposition bewegen, bei welcher
dieser mit dem vom Stanzer 35 nach unten gedrückten Blech 11 in
Kontakt ist.
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Die
Gleitführungen
sind mit (nicht gezeigten) Endpunkt-Stoppsensoren ausgestattet, welche mit einer
elektronischen Steuerungseinheit elektrisch verbunden sind, um einen
richtigen Betrieb der Schlitten 17, 18, des Stanzers 35 bzw.
des Gegenstanzers 37 zu erfassen.
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Der
Stanzer 35 kann einen geraden Querbalken mit einem Rundprofil
umfassen, welcher genauso lang ist wie das Blech 11 breit
und welcher aus einem Metall mit einer hohen Oberflächenhärte hergestellt
ist.
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Dieser
Querbalken ist am Ende einer in vertikaler Richtung bewegbaren Platte 36 befestigt,
welche mit entsprechenden (nicht gezeigten) Mitteln zum Ziehen und
Führen
verbunden ist. Gleichermaßen
umfasst der Gegenstanzer 37 einen Querbalken, welcher am
Ende einer Platte 38 angebracht ist, welche mit entsprechenden
(nicht gezeigten) Mitteln zum Ziehen und Führen verbunden ist. Die Greifmittel 19, 20 können aus
Greifern bestehen, um das Blech 11 beim Knicken auf die
jeweiligen Schlitten 17, 18 zu zwingen.
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Das
Verfahren zum Erhalten eines teilweise gewellten Blechs 11 umfasst:
- – Bereitstellen
einer Rolle Blech 11 zum Beschicken eines entsprechenden
Mittels zum Abrollen und Transferieren des Blechs 11;
- – Pressen
des Blechs 11 mittels Presszylindern 14, 15,
welche so aufgebaut sind, dass auf dem Blech 11 quer verlaufende
Wellen im Wechsel mit flachen Abschnitten hergestellt werden; wobei
- – ein
Steuergerät 13 am
Abgang der Abrollhaspel 12 mit Sensoren die richtige Beschickung
mit dem Blech 11 erfasst und das jeweilige Signal an eine elektronische
Steuereinheit zum Programmieren und Steuern des gesamten Verfahrens übermittelt;
- – Transfer
des Blechs 11 zur Abkantpresse 16, um das Blech
parallel zur Achse der Wellen in Übereinstimmung zu einem zentralen
Abschnitt eines jeden flachen Abschnitts, und in entgegengesetzter
Richtung zur Knickung des vorangehenden flachen Abschnitts derart
zu knicken, dass eine Windung aus Blech 11 mit Wellen auf
benachbarten Seiten erhalten wird; und
- – Entnehmen
des gewellten Blechs 11 aus der Abkantpresse 16 und
Schneiden des Blechs 11 in vorgegebene Längen.
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In
der Abkantpresse 16 werden die Enden des Blechs 11 von
Greifmitteln 19, 20 gehalten, während der
Stanzer 35 nach unten fährt,
bis dieser unter die Gleitebene der Schlitten 17, 18 reicht,
wobei das Blech in Übereinstimmung
zu einem flachen Abschnitt deformiert wird (siehe 2, 3).
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Gleichzeitig
zum Absenken des Stanzers 35 wird der Gegenstanzer 37 auf
der gegenüberliegenden
Seite des Blechs in Kontakt mit dem Stanzer 35 angeordnet.
Zu diesem Zeitpunkt wird das Blech wegen der kombinierten Wirkung
der Aufeinanderzubewegung der Schlitten 17, 18 und
der Abwärtsbewegung
des Stanzers 35 zum entsprechenden Gegenstanzer 37 geknickt.
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Nach
der Knickphase geben die Greifmittel 19, 20 der
Schlitten 17, 18 das teilweise gewellte Blech 11 frei
und sind bereit ein weiteres vom Steuergerät 13 kommendes Blech 11 zu
greifen. Die Schlitten bewegen sich dann auseinander (4)
und kehren zur Startposition zurück
(1).
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Das
derart erhaltene teilweise gewellte Blech 11 umfasst eine
relativ dünne
Metallplatte mit mehreren aneinandergrenzenden gewellten Seiten,
welche über
flache Abschnitte mit einer alternierenden Krümmung verbunden sind, so dass
sich Windungen mit einem vorzugsweise konstanten Abstand ausbilden.
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Eine
solche Struktur eignet sich besonders gut für einen Plattenstapel für einen
Luft-Luft-Wärmetauscher
zum Kühlen
elektrischer Schaltschränke.
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In
diesem Fall werden die Ränder
der Struktur in einer geeigneten Weise entweder manuell oder automatisch
abgedichtet, so dass zwei Wärmeaustauschkreisläufe zum
Kühlen
der Luft innerhalb eines elektrischen Schaltschranks gemäß eines
aus dem Stand der Technik bekannten Prozesses definiert werden.
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Vom
Anmelder durchgeführte
Experimente haben gezeigt, dass die Effizienz eines solchen Luft-Luft-Wärmetauschers überraschenderweise
höher ist
als die von einem einigermaßen
qualifizierten Techniker erwartete.
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Angesichts
der Tatsache, dass ein Wärmetauscher
mit gewellten Wänden
eine um etwa 20–25%
größere Wärmeaustauschfläche hat
als ein Wärmetauscher
mit flachen Wänden,
wurde herausgefun den, dass bei gleichen Außendimensionen ein mit dem
oben beschriebenen Verfahren hergestellter Luft-Luft-Wärmetauscher
mit gewellten Wänden
eine um mehr als 40% höhere
thermische Effizienz hat als ein Wärmetauscher mit flachen Wänden.
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Das
liegt sowohl an der größeren Verweildauer
der Luft innerhalb der Austauschkreisläufe als auch an der verbesserten
Verteilung der Luft innerhalb des zwischen den gegenüberliegenden
Wänden eingeschlossenen
Volumens.
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Wie
bereits erwähnt
wurde, kann das teilweise gewellte Blech 11 ein Aluminiumblech
mit einer Dicke von 0,16 mm sein.
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Die
Erfindung kann jedoch auch mit einer anderen Blechdicke hergestellt
werden, insbesondere mit einem Blech mit einer Dicke von 0,1 mm.
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Der
Abstand der Windung kann 10 Millimeter betragen, während der
Abstand der Wellen auf den Seiten beispielsweise 5 Millimeter beträgt.
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Vom
Scheitelpunkt bis zum Boden können die
Wellen 2,5 Millimeter tief sein. Die Platte 11 kann bis
zu 900 mm breit sein.
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Die
abgerundete Fläche
des Stanzer 35 kann einen Durchmesser von 3 Millimeter
haben.
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Alle
vorher erwähnten
Dimensionen sind nur beispielhaft und stellen keine Einschränkung für die Erfindung
dar.
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Die
Erfindung wurde oben mit Bezug zu einer bevorzugten Ausgestaltung
beschrieben.