DE60219308T2

DE60219308T2 - Geschlitze rippe für wärmetauscher

Info

Publication number: DE60219308T2
Application number: DE60219308T
Authority: DE
Inventors: David Averous; Michael Grivel; Marc Wagner; Fabienne Chatel; Francois Fuentes; Claire Szulman; Etienne Werlen
Original assignee: Nordon Cryogenie SNC
Current assignee: Fives Cryo SAS
Priority date: 2001-05-18
Filing date: 2002-05-17
Publication date: 2008-01-03
Anticipated expiration: 2022-05-18
Also published as: JP2004531684A; FR2824895B1; EP1683590A3; EP1683590A2; EP1395787B1; FR2824895A1; WO2002095315A1; DE60219308D1; US20040173344A1; EP1683590B1; EP1395787A1; CN1509403A; DE60232830D1; CN100383485C; JP4044444B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine gewellte Rippe für einen Wärmetauscher mit Platten und Rippen.
Es gibt verschiedene Arten von Wärmetauschern mit Platten und Rippen, die jeweils an einen Anwendungsbereich angepasst sind. Die Erfindung kann insbesondere vorteilhaft auf einen Wärmetauscher einer Trennungseinheit für Luft oder H₂/CO-Gemisch (Wasserstoff/Kohlenmonoxid) zur kälteerzeugenden Destillation angewendet werden.
Bei diesem Wärmetauscher kann es sich um eine Haupttauschleitung oder einen Verdampfer/Kondensator handeln.
Ein Beispiel eines solchen Wärmetauschers herkömmlicher Struktur, auf den sich die Erfindung anwenden lässt, wird in 1 der beigefügten Zeichnungen perspektivisch und teilweise auseinandergezogen dargestellt.
Der dargestellte Wärmetauscher 1 besteht aus einem Stapel rechtwinkliger paralleler Platten 2, die alle identisch sind und zwischen sich eine Vielzahl von Durchlässen für die Fluide definieren, welche einem indirekten Wärmetausch unterzogen werden sollen. In dem dargestellten Beispiel handelt es sich bei diesen Durchlässen aufeinanderfolgend und wiederkehrend um Durchlässe 3 für ein erstes Fluid, 4 für ein zweites Fluid und 5 für ein drittes Fluid.
Jeder Durchlass 3 bis 5 wird von Schlussstangen 6 umgeben, die ihn begrenzen und dabei die Einlass/Auslassfenster 7 des entsprechenden Fluids freilassen. In jedem Durchlass sind Wellenstreben oder gewellte Rippen B angeordnet, die zugleich als thermische Strebenrippen zwischen den Platten, insbesondere beim Schweißen, und zur Vermeidung jeglicher Deformation der Platten bei der Inbetriebnahme mit unter Druck stehendem Fluid sowie zur Leitung der Fluidströme dienen.
Der Plattenstapel, die Schlussstangen und die Wellenstreben werden im Allgemeinen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt und in einem einzigen Schweißarbeitsgang zusammengefügt.
Anschließend werden allgemein halbkreisförmige Einlass-/Auslassgehäuse 9 für die Fluide auf den Körper des Wärmetauschers aufgelötet, welcher so ausgeführt ist, dass die entsprechenden Einlass-/Auslassfensterreihen geordnet werden, und diese werden mit Fluidzufuhrleitungen 10 und Fluidauslassleitungen verbunden.
Diese Tauscher stellen besondere Probleme aufgrund der starken zu behandelnden Fluidströme und des Umfangs des thermischen Austauschs, der zum Realisieren sehr großer Temperaturunterschiede zwischen dem Einlass und dem Auslass des Tauschers notwendig ist:

– zur Realisierung des gewünschten Wärmeaustauschs und zur Behandlung umfangreicher Fluidströme weisen die Tauscher vom kälteerzeugenden Typ, wie sie in Bezug auf 1 beschrieben wurden, beträchtliche Dimensionen (mit einer Länge von mehreren Metern) auf und können aus mehreren einstückigen Körpern bestehen, wie zuvor beschrieben. Das Volumen derartiger Tauscher ist daher sehr groß;
– die starken Ströme und die große Länge des Tauschers führen zu Ladungsverlusten, welche einen hohen Energieverbrauch des Hauptkompressors zur Folge haben.

Die Leistung der in dem Tauscher eingesetzten Welle hinsichtlich der Ladungsverluste ist grundlegend für die Verringerung des Volumens des Tauschers und/oder des Energieverbrauchs der Anlage.
Im industriellen Bereich werden herkömmlicherweise Wellenstreben 8 vom geriffelten, geraden oder geraden perforierten Typ verwendet.
Die am weitesten verbreitete geriffelte Welle weist eine hohe thermische Effizienz, jedoch nachteilige Leistungen hinsichtlich des Ladungsverlusts auf.
Ferner sind in der Automobilindustrie andere Wärmetauscher zur Realisierung von Verdampfern in Klimatisierungskreisläufen bekannt. Diese Tauscher, deren Wellen allgemein aus Aluminiumbögen gefertigt sind, unterscheiden sich insofern von den kälteerzeugenden Tauschern, als dass sie kleinere Dimensionen, bis zu einigen Zentimetern (maximal etwa 12 cm), aufweisen, und als dass sie geringeren mechanischen Spannungen unterliegen, da sie bei Drücken nahe des Umgebungsdrucks arbeiten, und sie hinsichtlich der Ladungsverluste nicht denselben Bedingungen unterliegen.
Die Wellen des in der Automobilindustrie eingesetzten Wärmetauschertyps werden aus einem Bogen geringer Dicke (ungefähr 0,1 mm) mittels Rädeleisen mit Kanälen mit dreieckigem oder sinusförmigem Querschnitt gefertigt.
Auf dem Gebiet des Automobilbaus werden insbesondere „Lamellenwellen" genannte Wellenstreben eingesetzt, wie in 2 dargestellt.
Eine Lamellenwelle besitzt eine allgemeine Hauptwellrichtung D1, die eine allgemeine Durchstromrichtung F des Fluids definiert. In der zur allgemeinen Hauptwellrichtung D1 senkrechten Ebene weist die Welle einen Querschnitt mit in die Höhe gezogener sinusförmiger Form auf. Die so definierte Sinusform erstrecht sich entlang einer senkrecht zur Richtung D1 verlaufenden Richtung D2, wobei diese beiden Richtungen der Einfachheit halber als horizontal angenommen werden, wie dies in 2 dargestellt ist.
Die Welle weist durch die Scheitelpunkte der Sinuswelle definierte Wellenscheitelpunkte 21 und durch die Basispunkte der Sinuswelle definierte Wellenbasispunkte 22 auf, welche die Wellenschenkel 23, die jeweils eine senkrecht zur Richtung D2 verlaufende senkrechte Mittelebene darstellen, abwechselnd verbinden.
Zwei aufeinanderfolgende Wellenschenkel 23 definieren zwischen sich einen Fluiddurchlass, welcher der allgemeinen Durchstromrichtung F entgegengesetzt ist.
In jeden Wellenschenkel 23 ist eine Folge von untereinander parallelen Klappen 25 eingeschnitten, welche bezüglich der vertikalen Mittelebene und der allgemeinen Hauptwellrichtung D1 geneigt sind. Die Klappen 25 definieren Öffnungen, welche in einer hauptsächlich quer verlaufenden Richtung Sekdundärdurchlässe des Fluids von einem Kanal zu einem benachbarten Kanal darstellen. Diese Klappen erstrecken sich nur über einen Teil der Wellenschenkelhöhe.
Die Lamellenwellen, welche nach der oben beschriebenen Art dreieckig oder sinusförmig sind, wurden aus den folgenden Gründen bislang nicht in industriellen Wärmetauschern mit Platten eingesetzt.
Erstens bieten die Wellenscheitelpunkte und die Wellenbasispunkte unabhängig davon, ob die Welle dreieckig oder sinusförmig ist, zum Anlöten auf getrennte Platten lediglich Linien und somit sehr schwache mechanische Verbindungsflächen mit den Platten. Eine derartige Geometrie der Rippen genügt den hohen Drücken in industriellen Tauschern nicht, welche sich herkömmlicherweise zwischen 6 und 10 bar bewegen und zuweilen 80 bar erreichen.
Zweitens ist die Form der in der Automobilindustrie verwendeten Lamellenwellen eng mit dem Herstellungsverfahren mit Rädeleisen verknüpft, und dieses ist besonders auf hohe Herstellungstaktzahlen ausgerichtet. Andere Wellenformen sind mit einem Herstellungsverfahren mit einem Rädeleisen nur sehr schwierig zu erzielen. Mit einem derartigen Herstellungsverfahren kann das Einschneiden der Klappen nur über einen Teil der Höhe der Wellenschenkel korrekt erfolgen. Dieses Einschneiden ist für das bei industriellen Tauschern angestrebte Leistungsniveau nicht ausreichend.
Drittens kann das übliche Herstellungsverfahren für Lamellenwellen, das heißt mit dem Rädeleisen, nur schwer an größere Bogendicken, im Bereich von 0,2 bis 0,5 mm, angepasst werden, wie sie bei industriellen Tauschern verwendet werden, um die auf die Rippen ausgeübte mechanische Spannung zu halten.
Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, eine lamellenartige Rippe vorzuschlagen, deren Leistung hinsichtlich der Ladungsverluste insbesondere gegenüber der geriffelten Welle überlegen ist, und die in industriellen Tauschern, insbesondere Wärmetauschern mit Platten und Rippen einer Trennungseinheit für Luft oder H₂/CO-Mischungen zur kälteerzeugenden Destillation, eingesetzt werden kann, sei es in der Haupttauschleitung oder einem Verdampfer/Kondensator.
Dazu besteht die Aufgabe der Erfindung in einer Rippe nach Anspruch 1.
Somit bietet die Rippe eine Schweißoberfläche, die ihre Verwendung in Tauschern von der oben genannten Art ermöglicht.
Nach anderen Merkmalen der Erfindung, die für sich oder in allen technisch möglichen Kombinationen genommen werden können:

– wird jede Klappe entlang der durch den Wellenschenkel definierten Richtung des rechtwinkligen Segments im Wesentlichen über die Gesamtlänge des Segments eingeschnitten; und
– weist die Rippe eine im Wesentlichen gleichmäßige Wanddicke von 0,2 bis 0,5 mm auf.

Eine wesentliche Schwierigkeit der gewellten Rippen liegt darin, zwischen der Leistung hinsichtlich Ladungsverlusten und der thermischen Effizienz der Welle einen optimalen Kompromiss zu finden. Beim Verwirklichen solcher Rippen werden daher im Inneren der Durchlasskanäle Turbulenz- und Wiedervermischungseffekte der Fluide angestrebt, so dass der lokale Temperaturunterschied zwischen dem Fluid und der Wand erhöht und somit der Wärmeaustausch begünstigt wird. Es ist jedoch wesentlich, diese Turbulenz- und Wiedervermischungseffekte zu steuern, um die durch die Rippen erzeugten Ladungsverluste zu beschränken. Insbesondere in industriellen Anlagen, beispielsweise Anlagen zur Trennung von Luft oder H₂/CO-Gemischen zur kälteerzeugenden Destillation ist es wesentlich, den Energieverbrauch, der notwendig ist, um das Fluid in dem Wärmetauscher in Bewegung zu setzen, zu begrenzen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Geometrie der oben beschriebenen Lamellenrippen vorzuschlagen, welche es gestattet, die in den Rippen induzierten Ladungsverluste zu begrenzen und eine hohe Qualität des Wärmeaustauschs zu erzielen, so dass diese Rippenart in industriellen kälteerzeugenden Tauschern verwendet werden kann.
Nach noch einem weiteren Merkmal der erfindungsgemäßen Rippe erfüllt die Länge der Klappen die folgende Gleichung: l a ≥ 1,1.p;
Die Erfindung betrifft außerdem ein fortlaufendes Herstellungsverfahren nach Anspruch 6.
Nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren wird das Material schrittweise in ein Presswerkzeug eingeführt, welches mindestens einen in Wechselrichtung beweglichen Teil umfasst, wobei dieser Werkzeugteil die Wellung der Rippe und das Einschneiden der Klappen mit derselben Bewegung verwirklicht.
Nach weiteren Merkmalen des Verfahrens:

– wird das flache Material mittels einer Haltevorrichtung in Höhe des beweglichen Werkzeugteils in Position gehalten, wenn der bewegliche Werkzeugteil aktiv ist, und das flache Material wird freigegeben, um sein Durchleiten durch das und Herausziehen aus dem Werkzeug zu gestatten, wenn das Werkzeug nicht aktiv ist;
– werden die Haltevorrichtung und der bewegliche Werkzeugteil durch Steuer- und Befehlsmittel gesteuert und synchronisiert.

Unter Bezugnahme auf die 3 bis 8 der beigefügten Zeichnungen wird nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben; es zeigen:
3 eine Perspektivansicht eines Teils einer erfindungsgemäßen gewellten Rippe;
4 eine vergrößerte Schnittansicht entlang der in 3 gezeigten senkrechten Ebene V;
5 eine vergrößerte schematische Schnittansicht entlang der horizontalen Ebene H der in 3 gezeigten Welle, wobei nur drei Wellenschenkel gezeigt werden;
6 eine analoge Teilansicht mit größerem Maßstab;
7 eine schematische Ansicht einer Herstellungsvorrichtung einer erfindungsgemäßen gewellten Lamellenrippe; und
8 eine vereinigte Ansicht eines Stichels, einer Führung bzw. von Auslass-, Mittel- und Einlassstreben, die in der Vorrichtung aus 7 verwendet werden.
In 3 wird eine erfindungsgemäße Lamellenwelle dargestellt, welche eine allgemeine Hauptwellrichtung D1 und einen zinnenförmigen Querschnitt (4) aufweist, wobei die Zinnen so definiert sind, dass sie einer Richtung D2 folgen, die senkrecht zur Richtung D1 verläuft. Zur Vereinfachung der Beschreibung werden diese beiden Richtungen als horizontal angenommen.
Mit „zinnenförmig" ist eine Abfolge von abwechselnd horizontalen und vertikalen Segmenten gemeint, wobei die horizontalen Segmente aufeinander ausgerichtet sind.
Die Rippe weist Wellenscheitelpunkte 121 auf, die durch die Scheitelpunkte die flachen und horizontalen Zinnenscheitelpunkte definiert sind. Sie weist Wellenbasispunkte 122 auf, die durch die ebenfalls flachen und horizontalen Zinnenbasispunkte definiert sind. Die Scheitelpunkte 121 und die Basispunkte 122 verbinden abwechselnd die flachen und vertikalen Wellenschenkel 123, deren Mittelebene sich senkrecht zur Richtung D2 erstreckt.
In die Wellenschenkel 123 ist eine Folge von untereinander parallelen Klappen eingeschnitten, die bezüglich der vertikalen Ebene und der allgemeinen Wellrichtung D1 geneigt sind. Die Klappen 125 definieren Öffnungen, welche in einer hauptsächlich quer verlaufenden Richtung Sekundärdurchlässe des Fluids von einem Kanal zu einem benachbarten Kanal darstellen.
Wie aus den 3 und 4 ersichtlich, sind die Klappen 125 eines Wellenschenkels über die gesamte Höhe (oder fast über die gesamte Höhe) des rechtwinkligen Segments eingeschnitten, das durch die Mittelebene des in Querschnitt dargestellten Wellenschenkels definiert wird.
Diese Anordnung ermöglicht gegenüber den Lamellenwellen, bei denen die Klappen nur über einen Teil der Höhe eingeschnitten sind, den Wiedervermischungseffekt des in der Rippe zirkulierenden Fluids zu erhöhen.
5 ist eine schematische Schnittansicht entlang der horizontalen Symmetrieachse (H) der in 3 dargestellten Welle, wobei hier nur drei Wellenschenkel dargestellt werden.
Die mit der Bezugszahl 130 bezeichneten Linien stellen die Vertikalebene eines Wellenschenkels 123 dar, in Bezug auf die der Neigungswinkel α der Klappen 125 definiert wird.
Der Schritte oder Stufen der Welle, die dem Abstand der beiden aufeinanderfolgenden Ebenen 130 entspricht, ent spricht zwei aufeinanderfolgenden Wellenschenkeln 33 und wird mit der Bezugszahl p bezeichnet.
Die Dicke e der Wellenwand wird als konstant angenommen. Dadurch ist die Breite des durch die beiden aufeinanderfolgenden Wellenschenkel 23 definierten Kanals gleich w = p – e.
In der durch die Erfindung avisierten Anwendungsart umfasst die Dicke e zwischen 0,2 und 0,5 mm, im Wesentlichen, um einen Kompromiss zwischen der mechanischen Zugfestigkeit und der Rippendichte zu erzielen.
Die Klappen 125 sind entlang der Welle in der Wellrichtung D1 nach einem Motiv ausgestaltet, das sich mit einer durch eine Periode Π gekennzeichneten geometrischen Periodizität wiederholt. Dieses Motiv besteht hier aus zwei Gruppen von sechs Klappen, die nacheinander um einen positiven Winkel α bzw. einen negativen Winkel α geneigt sind, wobei zwischen diesen beiden Gruppen eine entlang der Richtung D1 ausgerichtete flache Platte 132, 134 besteht. Zwei in Querrichtung aufeinanderfolgende Wellenschenkel 123 sind identisch und stellen somit ohne Verschiebung dieselbe periodisch wiederholte Motivfolge dar.
Auf den flachen Platten 132, 134 sind die entsprechenden Wellenschenkel 123 mit einer Öffnung versehen.
Nun wird eingehender auf 6 Bezug genommen.
Ein Aspekt der Erfindung liegt in der Feststellung, dass bestimmte geometrische Parameter einer oben beschriebenen Lamellenwelle die thermische Leistung und den Ladungsverlust der Rippe erheblich beeinflussen.
Es hat sich gezeigt, dass die Leistung erhöht wird, wenn die Länge l der Klappen 25 die Stufe p oder den um die Dicke e erhöhten mittleren Querabstand w überschreitet, das heißt, wenn die Länge l _a die folgende Gleichung erfüllt: l a ≥ p oder l a ≥ w + e.
Vorzugsweise wird eine Länge l _a der Klappe so gewählt, dass l a ≥ 1,1.p oder weiter bevorzugt: l a ≥ 1,2.p.
Somit können kälteerzeugende Tauscher verwirklicht werden, die mit Wärmetauschwellen variabler Dichte ausgestattet sind, um den unterschiedlichen Funktionsweisen des Durchflusses in demselben Tauscher zu entsprechen, welche insbesondere gemäß dem Durchlass unterschiedliche Drücke aufweisen, wobei diese Drücke in der Größenordnung von mehreren zehn bar liegen können. Beispielsweise können bei Klappen geringer Länge Rippen hoher Dichte verwirklicht werden oder alternativ können Rippen geringerer Dichte mit längeren Klappen verwirklicht werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine optimale Leistung der Rippe erzielt, wenn der Neigungswinkel der Klappen α streng zwischen einem Mindestwert α_min und einem Höchstwert α_max liegt, welche durch die folgenden Gleichungen definiert werden: sin αmin = e/la und
Die erste dieser Bedingungen |α| > α_min stellt eine streng positive Öffnung v zwischen zwei aufeinanderfolgenden Klappen 125A und 125C auf demselben Wellenschenkel sicher, indem sie eine Ausrichtung der Klappen definiert, welche einen Kontakt zwischen dem Auslassrand der ersten Klappe 125A mit dem Angriffsrand der zweiten Klappe 125C ausschließt.
Der Höchstwert α_max des Winkels α entspricht dem Neigungswinkel der beiden aufeinanderfolgenden Klappen 125B, 125C der beiden aufeinanderfolgenden Schenkel, und die zweite Bedingung |α| < α_max stellt eine Öffnung dergestalt sicher, dass die Durchlässe in den aufeinanderfolgenden Wellenschenkeln nicht aufeinander ausgerichtet sind und somit Turbulenz verursachen.
Bestimmte Rippen werden auf die Mitte des Durchlasses zentriert, welcher durch die beiden entsprechenden, zu einem aufeinanderfolgenden Wellenschenkel gehörenden Rippen definiert wird, indem ein Neigungswinkel der Klappen α ausgewählt wird, der als Absolutwert im Wesentlichen gleich einem durch die Gleichung
definierten Winkel α₁ ist.
Um eine optimale Zirkulation des Fluids in den durch die Klappen 125 gebildeten Sekundärkanälen sicherzustellen, wird ein Neigungswinkel α ausgewählt, der die Bedingung p ≥ l a.sin|α| + e: cos|α|erfüllt.
Außerdem ermöglicht diese Bedingung die Sicherstellung einer vereinfachten Herstellung der Welle und eines streng positiven Abstands zwischen den beiden Klappenreihen 125.
Die Erfindung zielt außerdem auf einen kälteerzeugenden Wärmetauscher mit Platten von der Art ab, die einen Stapel paralleler Platten 2 umfasst, welche eine Vielzahl von allgemein flachen Durchlässen 3 bis 5 zur Zirkulation des Fluids, Schlussstangen 6, die diese Durchlässe begrenzen, und gewellte Rippen 8 umfasst, die in den Durchlässen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der gewellten Rippen 8 der oben beschriebenen Art angehören.
Unter Bezugnahme auf 7 wird eine Vorrichtung oder eine Maschine beschrieben, die die Herstellung einer gewellten Lamellenrippe, insbesondere einer Rippe der unter Bezugnahme auf 3 bis 6 beschriebenen Art, und insbesondere einer dickwandigen Rippe gestattet.
Diese Vorrichtung umfasst ein Presswerkzeug, welches im Wesentlichen eine Matrize 201 und einen Stichel 202 umfasst, die in Bezug zueinander in einer translatorischen Bewegung betätigt werden können.
Zur Vereinfachung der Beschreibung wird angenommen, dass die Matrize 201 fest und der Stichel 202 beweglich ist. Der Stichel 202 kann in einer alternativ als vertikal angenommenen translatorischen Bewegung betätigt werden. Der Stichel 202 und die Matrize 201 weisen komplementäre Formen auf.
Das Werkzeug weist einen Einlass 203 und einen Auslass 204 auf, durch die fortwährend ein zu behandelndes bogenförmiges metallisches Material durchgeleitet wird.
Die Vorrichtung weist (nicht dargestellte) Mittel zum Ziehen und Führen des Metallbogens 205 auf, welche eine regelmäßige schrittweise Verschiebung des Metallbogens in dem Werkzeug in einer als horizontal angenommenen Ebene gestatten.
Der Stichel 202 verwirklicht im Zusammenwirken mit der Matrize 201 in regelmäßigen Intervallen die Formung des fortwährend in das Werkzeug eingeführten Metallbogens.
Die Vorrichtung umfasst andererseits Mittel zum Halten 210 des Bogens in der Höhe des Einlasses 203, welche es gestatten, den Bogen bezüglich des Werkzeugs gezielt zu befestigen oder ihn freizugeben, um sein Durchleiten zu gestatten.
Die Haltemittel 210 können beispielsweise im Wesentlichen aus zwei Klemmbacken bestehen, die zu beiden Seiten der Oberfläche des Bogens 205 angeordnet sind.
Die Vorrichtung umfasst ferner Steuer- und Befehlsmittel 220, die dazu ausgelegt sind, die Funktionsweise des Werkzeugs beim Auftreten von Bewegungen des Stichels 202 und der Haltemittel 210 in Reaktion auf gemessene und/oder vorgegebene Parameter zu steuern.
Dazu umfassen die Befehls- und Steuermittel eine Sensor 221 für die Position des Stichels 202, und einen Sensor 222 für die Position oder den Zustand der Haltemittel 210.
Die Steuer- und Befehlsmittel 220 umfassen ferner einen mit den Positionssensoren 221, 222 verbundenen Rechner 225, so dass er ihre jeweiligen Erfassungssignale S₁, S₂ empfangen kann.
Der Rechner 225 ist ferner dafür ausgelegt, andere vorgegebene Parameter P₁ sowie die vorprogrammierten Befehlsgesetze L₁ zu empfangen. Der Rechner 225 gibt an den Stichel 202 (d.h. an sein Motorelement) und an die Haltemittel 210 Befehlssignale C₁ bzw. C₂ aus, die aus den Erfassungssignalen S₁, S₂ der vorgegebenen externen Parameter P_i und der Befehlsgesetze L_i erstellt werden.
Zur Vereinfachung wird die Matrize 201 als fest angenommen, aber sie kann in Wirklichkeit alternativ zu dem Stichel 202 beweglich sein. In diesem Fall wird die Matrize 201 von einem Motorelement angetrieben, welches ebenfalls ein Befehlssignal von dem Rechner 225 empfängt.
Unter Bezugnahme auf 8 werden bestimmte Bestandteile der Matrize (oder des festen Werkzeugteils) 201 und des Stichels (oder des mobilen Werkzeugteils) 202 eingehender beschrieben.
Die Matrize 201 umfasst eine Einlassstrebe 231, eine Mittelstrebe 232 und eine Auslassstrebe 233, während der Stichel 202 einen ersten Stichelteil 241 (oder „erster Stichel") und einen zweiten Stichelteil 242 (oder „zweiter Stichel") umfasst.
Jedes der Elemente 231, 232, 233, 241, 242 erstreckt sich entlang einer allgemeinen Horizontalrichtung D.
Die Einlassstrebe 231 und die Mittelstrebe 232 sind parallel angeordnet, so dass sie zwischen sich einen Raum 245 definieren, der eine zu dem ersten Stichel 241 komplementäre Form aufweist. Die Mittelstrebe 232 und die Auslassstrebe 233 sind ebenfalls parallel angeordnet und so beabstandet, dass sie zwischen sich einen zum zweiten Stichel 242 komplementären Durchlass 246 definieren.
Die Bewegungen des Stichels 202 bezüglich der Matrize 201, wie sie mit Bezug auf 7 definiert werden, bei denen es sich um abwechselnd senkrechte Bewegungen, die senkrecht zur Oberfläche des Bogens 205 verlaufen, handelt, entsprechen der gemeinsamen abwechselnden Verschiebung der Stichelteile 241, 242 senkrecht zur Ebene der 8.
Der erste Durchlass des Metallbogens durch den ersten Stichel 241 zwischen den Streben 231, 232 ermöglicht die Verwirklichung eines ersten Wellschritts und eines Einschneidens der Klappen, während der zweite Pressschritt des so gebildeten Wellenteils mittels des zweiten Stichels 241 und der Mittelstrebe 232 und des Auslasses 233 die Umsetzung der Endform der Welle ermöglicht.
Der erste Stichel 241 und der zweite Stichel 242 haben im Wesentlichen identische Formen, während die Streben 231, 232, 233 Komplementärformen sind, so dass sie zur Beschreibung der Form eines einzigen Stichels, beispielsweise des Stichels 241, verwendet werden können.
Dieser Stichel 241 weist in dem dargestellten Beispiel eine Form auf, die dazu ausgelegt ist, eine zinnenförmige Lamellenwelle zu bilden. Sie stellt eine Folge von flachen vertikalen Facetten dar, zwischen denen sich die Facetten 251 entlang der allgemeinen Längsrichtung D des Stichels erstrecken. Diese „geraden" Facetten 251 entsprechen der durch die Klappen definierten Querschnittform des Wellenschenkels. Der Stichel 241 weist weitere flache seitliche Facetten 252 auf, die bezüglich dieser Hauptrichtung D geneigt und dazu bestimmt sind, das Einschneiden der Klappen zu verwirklichen. Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Facetten, sie es zwei geneigten Facetten 252 oder einer geneigten 252 und einer „geraden" Facette 251, weist der Stichel eine Abzweigung 253 in Form einer vertikalen Fläche auf, die senkrecht zur allgemeinen Richtung D verläuft.
Zwischen einer Abzweigung 253 und einer Facette 251 oder 252 ist eine vertikale Kehle 255 gebildet, die ein genaues Einschneiden der Klappen in die Wellenschenkel gestattet.
Nun wird der Betrieb der Vorrichtung ausführlicher beschrieben, wobei sich versteht, dass er während der Gesamtdauer des Durchleitens des Metallbogens in das Werkzeug viele Male wiederholt wird.
In dem Herstellungsverfahren einer gewellten Rippe mittels der soeben beschriebenen Vorrichtung werden; ausgehend vom Anfangszustand, in dem sich der Stichel 202 bezüglich der Matrize 201 in einer hohen Position befindet, d.h. in einer nicht aktiven Position oder einer Totpunktposition (jede andere Position des Stichels wird „aktiv" genannt), die folgenden Schritte ausgeführt:

– das Durchleiten des Metallbogens 205 wird durch die Haltemittel 210 blockiert;
– der Stichel 202 wird in vertikaler Translation gegenüber der Matrize 201 betätigt, wobei in derselben Bewegung der erste Stichel 241 und der zweite Stichel 242 mit gezogen werden, so dass in einer Bewegung des Stichels 202 die Wellung der Rippe und das Einschneiden der Klappen erfolgt;
– der Bogen 205 wird aus den Haltemitteln 210 befreit, so dass sein Durchleiten durch das Werkzeug und das Herausziehen der bereits geformten Wellen aus dem Werkzeug ermöglicht wird;
– der Metallbogen 205 wird um einen Wiederholschritt vorgeschoben, wobei die oben genannten Vorgänge in derselben Reihenfolge wiederholt werden.

Es sei darauf hingewiesen, dass die vorgegebenen Parameter P_i und die Befehlsgesetze L_i der Geometrie der gewellten Rippe entsprechen. Diese Gesetze und Parameter variieren mit der Art der zu verwirklichenden Welle und der thermischen Leistungen der gewellten Rippe oder der angestrebten Durchflusseigenschaften des Fluids.
In jedem Fall werden die Bewegung des Stichels 202 und der Haltemittel 210 durch den Rechner 225 mittels der von den Sensoren zugeführten Signale S₁ und S₂ synchronisiert.
Das soeben beschriebene Verfahren und die soeben beschriebene Vorrichtung ermöglichen die fortlaufende Umsetzung gewellter Lamellenrippen, insbesondere zinnenförmiger Rippen, aus Metallbögen beträchtlicher Dicke.
Dieses Verfahren und diese Vorrichtung gestatten somit die Umsetzung von Lamellenwellen, die sich in industriellen Tauschern mit erhöhten Herstellungstaktzahlen einsetzen lassen, welche mit den Herstellungstaktzahlen der Lamellenrippen vergleichbar sind, die in der Automobilindustrie verwendet werden.

Claims

Gewellte Rippe für einen Wärmetauscher mit Platten und Rippen, die lamellenartig eine allgemeine Hauptwellrichtung (D1) definieren, umfassend eine Anordnung von Wellenschenkeln (123), die abwechselnd mit einem Wellenscheitelpunkt (121) und einem Wellenbasispunkt (122) verbunden sind, wobei die Wellenschenkel (123) mit Klappen (125) versehen sind, die in die Wellenschenkel (123) eingeschnitten und um einen Winkel (α) bezüglich der Hauptwellrichtung (D1) geneigt sind, wobei die Wellenschenkel (123), die Scheitelpunkte (121) und die Basispunkte (122) der Welle im Querschnitt bezüglich der Hauptwellrichtung (D1) rechtwinklige Segmente bilden, wobei die Scheitelpunkte (121) und die Basispunkte (122) zueinander parallel sind, und die Wellenschenkel (123) zueinander alle parallel und rechtwinklig zu den Basispunkten (122) der Welle sind, so dass die Rippe eine zinnenartige Wellung aufweist, und die Wellenschenkel (123) eine Dicke (e), einen mittleren Querabstand (w) bezüglich der Hauptwellrichtung (D1) aufweisen, der die Breite eines Durchlasskanals und einen Schritt (p) definiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappen (125) eine Länge (l _n) aufweisen, die größer als der Schritt (p) ist, und dass der Neigungswinkel (α) der Klappen (25) absolut im Wesentlichen gleich einem durch die Gleichung
definierten Winkel (α₂) ist.
Gewellte Rippe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Klappe (12) der Richtung des rechtwinkligen Segments folgend eingeschnitten ist, welches durch den Wellenschenkel (123) definiert wird, im Wesentlichen entlang der Gesamtlänge des Segments.
Gewellte Rippe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippe eine im Wesentlichen gleichmäßige Wanddicke (e) zwischen 0,2 und 0,5 mm aufweist.
Gewellte Rippe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (l _a) der Klappen die folgende Gleichung erfüllt: l s > 1,1.p.
Wärmetauscher mit Platten und Rippen einer Einheit zum Trennen von Luft oder von Mischungen von H₂/CO zur kälteerzeugenden Destillation, insbesondere ein Tauscher mit einer Haupttauschleitung oder einem Verdampfer/Kondensator, der Art, die einen Stapel paralleler Platten (2), die eine Vielzahl von Fluidzirkulationsdurchlässen (3 bis 5) allgemein flacher Form definieren, diese Durchlässe begrenzende Schlussstangen (6) und in den Durchlässen angeordnete gewellte Rippen (8) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der gewellten Rippen (8) einem der Ansprüche 1 bis 4 entsprechen.
Herstellungsverfahren, das von einem flachen. bogenförmigen Produkt ausgeht und fortlaufend ist, zum Herstellen einer gewellten Rippe mit Lamellen zum Austauschen von Wärme mit Platten, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, der Art, die Klappen (25; 125) umfasst, die in den Wellenschenkeln (23; 123) eingeschnitten sind, wobei das Produkt (205) schrittweise in Wechselrichtung durch ein Presswerkzeug (201, 202) durchgeleitet wird, welches mindestens einen in Wechselrichtung beweglichen Werkzeugteil (201) umfasst, wobei der Werkzeugteil (201) mit derselben Bewegung die Wellung der Rippe und das Einschneiden der Kappen erzeugt.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das flache Produkt (205) in der Höhe des beweglichen Teils des Werkzeugs (201) mittels einer Haltevorrichtung (210) in Position gehalten wird, wenn der bewegliche Teil des Werkzeugs (201) aktiv ist, und das flache Produkt (205) freigegeben wird, um seine Durchleitung und das Herausziehen der gebildeten Welle aus dem Werkzeug zu ermöglichen, wenn der bewegliche Teil des Werkzeugs (201) nicht aktiv ist.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (210) und der bewegliche Teil des Werkzeugs (201) zu Steuer- und Befehlsmitteln (220) angeordnet und synchronisiert werden.