EP0248222A2 - Kühlrohre, sowie Verfahren und Vorrichtung zu deren Herstellung - Google Patents

Kühlrohre, sowie Verfahren und Vorrichtung zu deren Herstellung Download PDF

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EP0248222A2
EP0248222A2 EP87106508A EP87106508A EP0248222A2 EP 0248222 A2 EP0248222 A2 EP 0248222A2 EP 87106508 A EP87106508 A EP 87106508A EP 87106508 A EP87106508 A EP 87106508A EP 0248222 A2 EP0248222 A2 EP 0248222A2
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Norsk Hydro ASA
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    • F28F2255/16—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes extruded

Definitions

  • the invention relates to extruded or extruded cooler tubes for countercurrent, cocurrent or crossflow coolers with continuous and half webs.
  • the known cooler tubes which are provided with continuous and half webs, are provided as heat exchangers in particular for oil and charge air coolers.
  • These pipes belong to the class of technically smooth pipes, in which the medium flows quickly; the corresponding heat exchange is too low for many types of application and must therefore often be compensated for by unnecessarily large dimensions of the cooler tubes.
  • the advantage of the known cooler pipes is that they can be easily manufactured by extrusion or extrusion, and are preferably made from aluminum.
  • the present invention has for its object to produce with simple means and while retaining the advantageous production method of the known tubes such cooler tubes that allow a much better heat exchange; the cooler pipes to be made available should have much better heat exchange properties with the same dimensions.
  • the related manufacturing processes and necessary tools should be simple and enable continuous production of the cooler tubes.
  • the object according to the invention is achieved in that the half webs in the radiator tubes known per se are not straight but are designed in a wave shape in the flow direction.
  • the cooler tubes according to the invention are defined in more detail in claims 1 to 4.
  • the Claims 5 and 6 relate to methods according to the invention by means of which radiator tubes according to claims 1 to 4 can be produced. Devices that are particularly suitable for the previously described methods or cooler tubes are described in claim 7 as inventive.
  • the present invention provides simple means of access to cooler tubes which have significantly improved heat exchange compared to the comparable known cooler tubes because the measures according to the invention impose a quasi-turbulent flow on the media flowing through the cooler tubes. This result is made possible with simple technical means, while at the same time continuous and economical mass production of the cooler tubes according to the invention is possible.
  • Nubs 5 are pressed in on the surface 2 and, preferably, additionally on the opposite lower surface (not shown). Through these knobs 5, the surface 2 is arched in the area of the flow channels for the medium between the continuous walls 3, so that the passage narrows; if this occurs on the two opposite surfaces, considerable constrictions can occur with a corresponding nub depth, through which the quasi-laminal flow in smooth passages is changed to a quasi-turbulent flow.
  • the knobs 5 are preferably attached on both sides of the connecting strip 6 of the cooler tube surface 2 and the half webs 4 such that the half webs are deformed in a wave shape. This also takes place in that the knobs, which are attached on the right and left along the imaginary strip 6, are offset from one another.
  • the resulting corrugation is in terms of its "wavelength" by the longitudinal spacing of the nubs offset from one another and in terms of their "amplitude” by the nub depth. defines the knob diameter.
  • the optimum conditions in this regard can be selected by simple experiments by any average person skilled in the art according to the disclosure of the present teaching according to the cooling tube material and the cooling tube dimensioning.
  • FIG. 2 shows a cross section through a special embodiment of the cooling tube according to the invention Figure 1 again, in this embodiment, the knobs are arranged offset from one another along the imaginary strip 6 according to Figure 1.
  • the special case according to the invention is not shown in terms of features, in which the knobs 5 change the cross section of the throughflow channels between the continuous webs 3 in the knob area, but without causing the corrugation of the half webs 4. But even in this simplest embodiment according to the invention, the embossed knobs considerably disturb the quasi-laminal flow in the previously known comparable cooling tubes.
  • FIG. 1 Another embodiment of the cooling tubes according to the invention is shown in FIG.
  • ribs 7 are required on the top side of the profile for heat exchangers, which are constructed in the same and counterflow principle.
  • the cooling pipe 1 shown corresponds, with the exception of these fins 7, to the embodiments according to the invention according to FIGS. 1 and 2, the reference symbols also having the predetermined meaning here.
  • the ribs 7 are also deformed in a wave shape in such a way that "wavelength” and "amplitude” are precisely defined and completely reproducible.
  • the This is an absolute requirement for the assembly of cooling systems consisting of the cooling pipes according to FIG. 3. The manner in which this embodiment of the cooling tubes according to the invention can be produced is described below.
  • knob roller 8 is mounted in such a way that it acts on the pressed profile while producing the knobs 5 in the cooling tubes according to the invention. This can also be carried out on two sides using two rollers 8, between which the profile passes.
  • the knob roller 8 has knobs 9 which are arranged on the knob roller in mirror image to the knob pattern to be produced on the sleeve 2 of the cooling tubes according to the invention according to FIGS. 1 to 3.
  • the corresponding information applies to the exact positioning of the knobs, their height (or diameter) and the spacing of the adjacent knobs, which can be found in the descriptions of FIGS. 1 to 3.
  • the special embodiment of the cooling tubes according to the invention is produced according to FIG. 3, the corrugation of the ribs 7 being able to be produced by the tool according to FIG. 5, which also fulfills the function of the tool according to FIG. 4. This tool is positioned and used in the same way as described for the knobbed roller according to FIG. 4.
  • This roller tool 10 also has a circumferential groove 11, which serves to receive and bend one of the ribs 7. Step through the extruded profile with the straight ribs 7 these into the undulating grooves 11 and are bent undulating; by choosing a corresponding extent of the roller 10 and / or the number of curvatures of the groove 11 on the circumference of the roller 10, the "wavelength" of the corrugation of the ribs 7 can be defined precisely and reproducibly.
  • the arrangement and mode of operation of the knobs 9 reference is made to the corresponding parts of the description relating to FIG.

Abstract

Stranggepreßtes oder stranggezogenes Kühlerrohr für Gegenstrom-, Gleichstrom- und/oder Querstromkühler mit durchgehenden und halben Stegen unter Ausbildung von glatten Kanälen zwischen den durchgehenden Stegen für den Durchtritt eines Mediums, wobei durch die von außen auf die Kühlerrohrhülle (2) aufgebrachten Noppen der Querschnitt der Durchtrittskanäle verändert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft stranggepreßte-oder stranggezogene Kühlerrohre für Gegenstrom-, Gleichstrom- oder Querstromkühler mit durchgehenden und halben Stegen.
  • Die mit durchgehenden und halben Stegen versehenen bekannten Kühlerrohre werden im besonderen für öl- und Ladeluftkühler als Wärmeaustauscher versehen. Diese Rohre gehören zu der Klasse der technisch glatten Rohre, bei denen eine schnelle Durchströmung des Mediums stattfindet; der entsprechende Wärmeaustausch ist für viele Anwendungsarten zu gering und muß deshalb häufig durch unnötig große Dimensionierung der Kühlerrohre kompensiert werden.
  • Der Vorteil der bekannten Kühlerrohre besteht in ihrer leichten Herstellbarkeit durch Strangpressen oder Strangziehen, wobei sie vorzugsweise aus Aluminium gefertigt werden.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln und unter Einbehaltung der vorteilhaften Herstellungsweise der bekannten Rohre solche Kühlerrohre herzustellen, die einen wesentlich besseren Wärmeaustausch ermöglichen; die zur Verfügung zu stellenden Kühlerrohre sollen bei gleicher Dimensionierung wesentlich bessere Wärmeaustauscheigenschaften besitzen. Darüber hinaus sollen die diesbezüglichen Herstellungsverfahren und notwendigen Werkzeuge einfach sein und kontinuierliche Produktion der Kühlerrohre ermöglichen.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Halbstege in den ansich bekannten Kühlerrohren nicht gerade sondern wellenförmig in der Durchströmungsrichtung ausgebildet sind. In den Ansprüchen 1 bis 4 sind die erfindungsgemäßen Kühlerrohre näher definiert. Die Ansprüche 5 und 6 betreffen erfindungsgemäße Verfahren, durch die Kühlerrohre gemäß den Ansprüchen 1 bis 4 hergestellt werden können. Vorrichtungen, die für die zuvor beschriebenen Verfahren bzw. Kühlerrohre besonders geeignet sind, werden in dem Anspruch 7 als erfinderisch beschrieben.
  • Durch die vorliegende Erfindung wird mit einfachen Mitteln der Zugang zu Kühlerrohren eröffnet, die gegenüber den vergleichbaren vorbekannten Kühlerrohren erheblich verbesserten Wärmeaustausch aufweisen, weil durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen dem die Kühlerrohre durchströmenden Medien eine quasi-turbulente Strömung aufgezwungen wird. Dieses Ergebnis wird mit einfachen-technischen Mitteln ermöglicht, wobei gleichzeitig kontinuierliche und wirtschaftliche Massenproduktion der erfindungsgemäßen Kühlerrohre möglich ist.
  • Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren 1 bis 5 näher erläutert.
    • Fig. 1. ist eine schräge Aufsicht auf eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlerrohres im Ausschnitt;
    • Fig. 2 ist ein Horizontalschnitt durch den Kühlerrohrausschnitt gemäß Figur 1;
    • Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlerrohres im Ausschnitt;
    • Fign. 4 sind schematische Darstellungen erfindungsgemäßer und 5 Werkzeuge zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kühlerrohre.
  • In Figur 1 ist das stranggepreßte oder stranggezogene Kühlerrohr 1 wiedergegeben. Im Kühlerrohr befinden sich abwechselnd nebeneinander durchgehende 3 und halbe Stege 4.
  • Auf der Oberfläche 2 und, bevorzugt, zusätzlich auf der gegenüberliegenden Unterfläche (nicht abgebildet) sind Noppen 5 eingedrückt. Durch diese Noppen 5 wird die Oberfläche 2 im Bereich der Durchflußkanäle für das Medium zwischen den durchgehenden Wänden 3 nach Innen gewölbt, so daß sich die Passage verengt; geschieht dieses auf den beiden gegenüberliegenden Flächen, können bei entsprechender Noppentiefe erhebliche Verengungen auftreten, durch die die bei glatten Durchgängen quasi-lamminare Strömung in eine quasi-turbulente Strömung verändert wird.
  • Bevorzugt werden die Noppen 5 beidseitig des Verbindungsstreifens 6 von Kühlerrohroberfläche 2 und Halbstegen 4 derart angebracht,.daß die Halbstege wellenförmig verformt werden. Dieses erfolgt auch dadurch, daß die Noppen, die rechts und links entlang dem gedachten Streifen 6 angebracht sind, gegeneinander versetzt sind.
  • Die entstandene Wellung wird hinsichtlich ihrer "Wellenlänge" durch den Längsabstand der gegeneinander versetzten Noppen und hinsichtlich ihrer "Amplitude" durch die Noppentiefe.bzw. den Noppendurchmesser definiert. Die diesbezüglichen optimalen Bedingungen können durch einfache Versuche von jedem Durchschnittsfachmann nach Offenbarung der vorliegenden erfindungsgemäßen Lehre in Abhängigkeit vom Kühlrohrmaterial und der Kühlrohrdimensionierung gewählt werden.
  • Figur 2 gibt einen Querschnitt durch eine besondere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlrohrs gemäß Figur 1 wieder, wobei bei dieser Ausführungsform die Noppen gegeneinander versetzt entlang des gedachten Streifens 6 gemäß Figur 1 angeordnet sind. Hierbei ist darauf hinzuweisen, daß der erfindungsgemäße Sonderfall abbillungsmäßig nicht dargestellt ist, bei dem die Noppen 5 den Querschnitt der Durchströmungskanäle zwischen den durchgehenden Stegen 3 im Noppenbereich verändern, ohne jedoch die Wellung der Halbstege 4 zu bewirken. Aber auch bei dieser einfachsten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird durch die eingeprägten Noppen die quasi-lamminare Strömung bei den vorbekannten vergleichbaren Kühlrohren erheblich gestört.
  • Bei der Ausführungsform gemäß Figur 2, bei der die Bezugszeichen die vorgegebene Bedeutung besitzen, wird deutlich, daß durch die versetzte Anordnung der Noppen 5 die Halbstege 4 wellenförmig verbogen werden. Die zusätzliche Verformung der Oberfläche 2 im Noppenbereich und ggf. der gegenüberliegenden Oberfläche des Kühlrohres ist bei dieser Figur zeichnerisch nicht berücksichtigt, dennoch vorhanden.
  • In Figur 3 ist eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlrohre wiedergegeben. Bei den Kühlrohren dieser Systeme sind auf der Profiloberseite 2 angebrachte Rippen 7 für Wärmetauscher erforderlich, die im Gleich- und Gegenstromprinzip aufgebaut sind. Das abgebildete Kühlrohr 1 entspricht mit Ausnahmen dieser Rippen 7 den erfindungsgemäßen Ausführungsformen gemäß Figuren 1 und 2, wobei auch hier die Bezugszeichen die vorgegebene Bedeutung besitzen.
  • Zusätzlich sind aber auch die Rippen 7 wellenförmig verformt und zwar derart, daß "Wellenlänge" und "Amplitude" exakt definiert und völlig reproduzierbar sind. Dieses ist für den Zusammenbau von Kühlsystemen, bestehend aus den Kühlrohren gemäß Figur 3 absolute Voraussetzung. Auf welche Weise diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlrohre hergestellt werden kann, wird weiter unten beschrieben.
  • Die Herstellung der erfindungsgemäßen Kühlrohre gemäß den Figuren 1 und 2 erfolgt zunächst in ansich bekannter Weise durch Strangpressen oder Strangziehen der Profile, beispielsweise aus Aluminium. Unmittelbar nach dem Pressenaustritt wird die Noppenwalze 8 gemäß Figur 4 derart montiert, daß sie auf das gepreßte Profil unter erfindungsgemäßer Erzeugung der Noppen 5 in den erfindungsgemäßen Kühlrohren einwirkt. Dieses kann auch zweiseitig unter Verwendung zweier Walzen 8, zwischen denen das Profil durchläuft, durchgeführt werden.
  • Die Noppenwalze 8 weist Noppen 9 auf, die auf der Noppenwalze spiegelbildlich zu dem zu erzeugenden Noppenmuster auf der Hülle 2 der erfindungsgemäßen Kühlrohre gemäß Figuren 1 bis 3 angeordnet sind. Über die genaue Positionierung der Noppen, ihre Höhe (bzw. Durchmesser) und über den Abstand der benachbarten Noppen zueinander gelten die entsprechenden Angaben, die sich in den Beschreibungen zu den Figuren 1 bis 3 finden. In entsprechender Weise wird auf die besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlrohre gemäß Figur 3 hergestellt, -wobei die Wellung der Rippen 7 durch das Werkzeug gemäß Figur 5 erzeugt werden kann, das im übrigen zusätzlich die Funktion des Werkzeugs gemäß Figur 4 erfüllt. Dieses Werkzeug wird in gleicher Weise positioniert und eingesetzt, wie es bei der Noppenwalze gemäß Figur 4 beschrieben wurde. Dieses Walzenwerkzeug 10 besitzt darüber hinaus eine umlaufende Rinne 11, die der Aufnahme und Verbiegung einer der Rippen 7 dient. Bei Durchtritt des stranggepreßten Profils mit den geraden Rippen 7 treten diese in die wellenförmig verlaufenden Rinnen 11 ein und werden wellenförmig verbogen; durch Wahl eines entsprechenden Unfangs der Walze 10 und/oder der Anzahl der Krümmungsbögen der Rinne 11 auf dem Umfang der Walze 10 kann exakt und mit großer Genauigkeit reproduzierbar die "Wellenlänge" der Wellung der Rippen 7 definiert werden. Hinsichtlich der Anordnung und Wirkungsweise der Noppen 9 werden auf die entsprechenden Beschreibungsteile zur Figur 4 verwiesen.

Claims (7)

1. Stranggepreßtes oder stranggezogenes Kühlerrohr für Gegenstrom-, Gleichstrom- und/oder Querstromkühler mit durchgehenden und halben Stegen unter Ausbildung von glatten Kanälen zwischen den durchgehenden Stegen für den Durchtritt eines Mediums, dadurch gekennzeichnet , daß durch von außen auf die Kühlerrohrhülle (2) aufgebrachte Noppen (5) der Querschnitt der Durchtrittskanäle verändert wird.
2. Kühlerrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Halbstege (4) wellenförmig ausgebildet sind.
3. Kühlerrohr nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß jeweils rechts und links neben dem Verbindungsstreifen (6) von Kühlerrohrhülle (2) und Halbsteg (4) gegeneinander versetzte, die Halbstege (4) wellenförmig verformende Noppen (5) in die Kühlerrohrhülle (2) eingepreßt sind.
4. Kühlerrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß zusätzlich auf der Kühlerrohrhülle (2) angeordnete, sich in Strömungsrichtung ersreckende Rippen (7) wellenförmig ausgebildet sind.
5. Verfahren zur Herstellung von Kühlerrohren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß man nach dem Austritt des mit durchgehenden (3) und halben Stegen (4) versehenen Kühlrohrprofils aus der entsprechenden Vorrichtung mit mindestens einer Noppenwalze (8) mit definierten Abstand und Tiefe der Noppen (9) auf mindestens einer Seite der Kühlerrohrhülle (2) die Halbstege 4 wellenförmig verformende Noppen (5) einprägt.
6. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet , daß man auf der Kühlrohrhülle (2) angeordnete Rippen (7) durch funktionsgemäße Einwirkung des Walzenwerkzeugs (10) wellenförmig ausbildet.
7. Werkzeug zur Erzeugung eines Kühlerrohres (1) mit wellenförmig verformten Halbstegen (4) und wellenförmig verformten Längsrippen (7) auf der Außenhülle (2) des Kühlrohres (1), dadurch gekennzeichnet , daß auf einer Walze (10) Noppen (9) definierten Abstandes und definierter Höhe sowie ein wellenförmig die Walze (10) umlaufender Kanal (11) angeordnet sind.
EP87106508A 1986-05-06 1987-05-05 Kühlrohre, sowie Verfahren und Vorrichtung zu deren Herstellung Withdrawn EP0248222A3 (de)

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DE3615300 1986-05-06

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EP0248222A2 true EP0248222A2 (de) 1987-12-09
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