EP0305665B1 - Wärmetauscher mit Lamellenrippen - Google Patents

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EP0305665B1
EP0305665B1 EP88109600A EP88109600A EP0305665B1 EP 0305665 B1 EP0305665 B1 EP 0305665B1 EP 88109600 A EP88109600 A EP 88109600A EP 88109600 A EP88109600 A EP 88109600A EP 0305665 B1 EP0305665 B1 EP 0305665B1
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lamella
tongues
pipe
fins
collars
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Wolfgang Hesse
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Behr GmbH and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/24—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2240/00—Spacing means

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger with fins according to the preamble of claim 1 and a method for producing the fins for a heat exchanger according to claim 1.
  • a heat exchanger with fin fins is known, in which the fin fins are kept at a distance from one another and parallel to one another by shaped collars, and which are penetrated in passages through the collars by tubes running parallel to one another, each of which Inner diameter of the passage is adapted to the outer diameter of the tube and at least partially abuts the outer circumference of the tube, and tongues are arranged on the solid edge of the passage distributed around the circumference, the free ends of which are angled at an angle to the tube projecting through the passage and spacing contact surfaces for the subsequent Release the fin rib.
  • the bent tongues of the solid collar are up to approximately half the height of the collar cut free into it and the free ends of the tongues are rounded off to the outside, as can be seen in particular from FIG.
  • the deformed lamellar collar lies only with a part of the possible contact surface on the tube, so that there is a reduced heat transfer.
  • the rounded corners of the tongue are only point or at best linear on the neighboring lamella, so that heat is not dissipated from the neighboring lamella via the tongues with only a very small transmission surface and the theoretically possible heat transfer is practically halved by this known lamella design.
  • the rounded, bent tongues cause a strong swirling of the cooling air flowing through, so that an increased flow resistance occurs and an undesirably high pressure drop occurs overall on the cooler. In vehicles, this reduces the drag coefficient Cw of the entire vehicle, which increases fuel consumption, among other things.
  • a heat exchanger with a shaped collar is also known, in which the free ends of the collars are also angled at an angle to the tube projecting through and these angled surfaces are spacing surfaces for the subsequent ones Deliver the lamellar ribs. If fins with higher strength are used in such heat exchangers, cracks occur when the collar is pulled through, since a relatively large material deformation is required there. Cracks in the fins disrupt the heat flow, increase the flow resistance, promote corrosion and thereby reduce the service life of the heat exchanger.
  • Another heat exchanger which has the same disadvantages mentioned above is also known from DE-OS 21 23 722. Furthermore, it is known from GB 2 047 399 to solder free-punched, angled tongues of the fin ribs to the heat exchanger tubes. Due to the few, relatively narrow, angled tongues, the heat flow is still severely hampered.
  • the present invention is based on the object of designing a heat exchanger according to the preamble of claim 1 in such a way that, with increased tube fin strength, a lower air resistance is achieved with good heat transfer.
  • the invention provides the characterizing features of claim 1.
  • the angled tongues lie against the counter lamella and can thus contribute to heat dissipation.
  • there is also another advantage of better heat transfer since here practically heat of the tube projecting through the lamella can be transferred from both lamella sides.
  • the fins are first provided with star-shaped punchings, then the edges of these punchings with their tongues formed by the star shape are pulled through 90 ° by means of pull-through punches, and then the tongues are at least substantially Part of its length is angled outwards to form the spacer contact surfaces, the distance of the spacer contact surfaces from the base plate surface being equalized by a calibration press in all the collars of the plates formed in this way.
  • the lamellar rib material does not have to be deformed very much when pulled through to form the collar, so that harder rib material can also be used, in order to damage the radiator in a robust manner Keep operation and cleaning work as low as possible.
  • the fins 1 produced in this way are then arranged parallel to one another on tubes running parallel to one another to form the heat exchanger.
  • the individual lamella ribs 1 are held at the same distance from one another by the spacer contact surfaces 6, the outer diameter 10 of the tube 9 corresponding to the inner diameter 11 of the collar 8.
  • the punch 2 has six tongues 3, while in the embodiment shown in Figures 7 to 11 for lamellar fins 1 with tubes 9 with a smaller diameter only three tongues 3 are provided for each punch 2.
  • the design according to the embodiment of Figures 1 to 6 is such that a detailed description is unnecessary here.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit Lamellenrippen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein verfahren zur Herstellung der Lamellenrippen für einen Wärmetauscher nach Anspruch 1.
  • Aus der GB-A-1 174 402 ist ein Wärmetauscher mit Lamellenrippen bekannt, bei welchem die Lamellenrippen durch ausgeformte Kragen derselben im Abstand voneinander und parallel zueinander gehalten sind, und die in Durchzügen der Kragen von parallel zueinander verlaufenden Rohren durchdrungen sind, wobei jeweils der Innendurchmesser des Durchzugs an den Außendurchmesser des Rohrs angepaßt ist und am Außenumfang des Rohrs mindestens teilweise anliegt, und am durchgezogenen Rand des Durchzugs am Umfang verteilt Zungen angeordnet sind, deren freie Enden in einem Winkel zum den Durchzug durchragenden Rohr abgewinkelt sind und Distanzanlageflächen für die anschließende Lamellenrippe abgeben.
  • Bei diesem bekannten Wärmetauscher sind die umgebogenen Zungen des durchgezogenen Kragens bis etwa in die halbe Höhe des Kragens hinein freigeschnitten und die freien Enden der Zungen nach außen abgerundet abgebogen, wie dies insbesondere aus der Figur 7 ersichtlich ist. Dies hat gravierende Nachteile. Der verformte Lamellenkragen liegt nur mit einem Teil der möglichen Anlagefläche am Rohr an, so daß ein verminderter Wärmeübergang gegeben ist. Die abgerundeten Ecken der Zunge liegen nur punkt- oder allenfalls linienförmig an der Nachbarlamelle an, so daß eine Wärmeableitung von der Nachbarlamelle über die mit nur einer sehr geringen Übertragungsfläche anliegenden Zungen praktisch nicht erfolgt und der theoretisch mögliche Wärmeübergang durch diese bekannte Lamellengestaltung praktisch halbiert ist. Darüber hinaus erfolgt durch die gerundet abgebogenen Zungen eine starke Verwirbelung der durchströmenden Kühlluft, so daß ein erhöhter Durchströmungswiderstand auftritt und an dem Kühler insgesamt ein unerwünscht hoher Druckabfall entsteht. Bei Fahrzeugen wird hiermit der Luftwiderstandsbeiwert Cw des gesamten Fahrzeugs verschlechtert, womit sich unter anderem der Kraftstoffverbrauch erhöht.
  • Aus der DE-A-23 07 059 ist weiter ein Wärmetauscher mit ausgeformten Kragen bekannt, bei dem die freien Enden der Kragen ebenfalls in einem Winkel zum den Durchzug durchragenden Rohr abgewinkelt sind und diese abgewinkelten Flächen Distanzanlageflächen für die anschließenden Lamellenrippen abgeben. Werden bei solchen Wärmetauschern Lamellen mit höherer Festigkeit verwendet, so treten beim Durchziehen der Kragen an den Kragenenden Risse auf, da dort eine relativ große Werkstoffverformung erforderlich ist. Risse in den Lamellenrippen stören den Wärmefluß, erhöhen den Durchströmungswiderstand, fördern die Korrosion und vermindern dadurch die Lebensdauer des Wärmetauschers. Ein anderer, dieselben oben genannten Nachteile aufweisender Wärmetauscher ist auch aus der DE-OS 21 23 722 bekannt. Ferner ist es aus der GB 2 047 399 bekannt, freigestanzte, abgewinkelte Zungen der Lamellenrippen mit den Wärmetauscherrohren zu verlöten. Durch die wenigen, relativ schmalen, abgewinkelten Zungen ist der Wärmefluß aber dennoch stark behindert.
  • In Vermeidung der geschilderten Nachteile liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszubilden, daß bei erhöhter Rohrlamellenfestigkeit ein geringerer Luftwiderstand bei gutem Wärmeübergang erreicht wird.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 vor.
  • Die oben geschilderten Nachteile können durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 vermieden werden. Durch die Distanzanlageflächen wird neben der exakten Abstandseinhaltung gleichzeitig noch durch die Berührungsflächenvergrößerung im Rohrbereich die Wärmeleitung verbessert. Die Zwischenräume zwischen den Lamellenrippen sind sonst frei von Distanzhaltern, so daß die Kühlluft mit optimal geringem Durchströmwiderstand durchstreichen kann. Weiter vorteilhaft ist, daß auch bei größeren Rohrdurchmessern durch die Anordnung einer größeren Anzahl von am Umfang verteilten Zungen, Lamellenmaterial hoher Festigkeit verarbeitet werden kann, wobei die erforderliche Verformung optimal niedrig gehalten werden kann; bei der Verarbeitung von Lamellenrippen-Werkstoffen höherer Festigkeit tritt daher keine Rißbildung auf, insbesondere bei der Formung der Kragen in den abgewinkelten Zungen. Insbesondere kann hier durch ein- oder mehrmaliges Auswalzen praktisch federhart verfestigtes Material ohne Gefahr der Rißbildung verarbeitet werden. Die abgewinkelten Zungen liegen an der Gegenlamelle an und können so zur Wärmeabführung mit beitragen. Neben der Funktion "Abstandshalter" kommt somit noch ein weiterer Vorteil der besseren Wärmeübertragung hinzu, da hier praktisch Wärme des die Lamelle durchragenden Rohrs von beiden Lamellenseiten her übertragen werden kann. Dadurch, daß die größte Außenabmessung der Ausstanzung vor dem Durchziehen kleiner ist als der Außendurchmesser des Rohres, wird gewährleistet, daß der gesamte durchgezogene Kragen am Rohr anliegt und so ein optimaler Wärmeübergang erreicht ist.
  • Zur Herstellung der Lamellenrippen für einen Wärmetauscher gemäß Anspruch 1 wird die Lamellenrippe zuerst mit sternförmigen Ausstanzungen versehen, dann werden die Ränder dieser Ausstanzungen mit ihren durch die Sternform gebildeten Zungen um 90° mittels Durchziehstempeln zu Kragen durchgezogen, und anschließend werden die Zungen über mindestens einen wesentlichen Teil ihrer Länge zur Bildung der Distanzanlageflächen nach außen abgewinkelt, wobei der Abstand der Distanzanlageflächen von der Lamellengrundfläche durch ein Kalibrierpressen bei allen so gebildeten Kragen der Lamellen gleichgemacht wird. Dadurch, daß die Zungen bei der Herstellung freigestanzt und dazu die Außenkontur der Ausstanzung sternartig ausgebildet ist, braucht der Lamellenrippen-Werkstoff beim Durchziehen zur Bildung des Kragens nicht sehr stark verformt werden, so daß auch härteres Rippenmaterial verwendet werden kann, um so Kühlerbeschädigungen im robusten Betrieb und bei Reinigungsarbeiten möglichst gering zu halten.
  • Die Erfindung wird mit ihren Vorteilen anhand der beigefügten Zeichnungen in der nachstehenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den beigefügten Zeichnungen zeigt:
    • Figur 1
    eine Teildraufsicht auf eine Ausstanzung einer Lamellenrippe,
    Figur 2
    einen Teilschnitt entlang der Linie II-II in Figur 1,
    Figuren 3, 4
    den Figuren 1 und 2 entsprechende Darstellungen des zweiten Arbeitsschrittes nach dem Durchziehen des Rands der Ausstanzung,
    Figuren 5, 6
    den Figuren 1 und 2 bzw. 3 und 4 entsprechende Darstellungen des letzten Arbeitsgangs beim Herstellen der Lamellenrippen mit umgebogenen Zungen, wobei in Figur 6 das einen Wärmeträger führende Rohr eingezeichnet ist und
    Figuren 7 bis 12
    den Figuren 1 bis 6 entsprechende Darstellungen einer anderen Ausführungsform mit kleinerer Ausstanzung und entsprechend weniger am Umfang der Ausstanzung angeordneten Zungen.
  • Für alle entsprechenden Teile werden in der nachfolgenden Beschreibung die gleichen Bezugszeichen verwendet.
  • In der nur partiell in Draufsicht in Figur 1 dargestellten Lamellenrippe 1 aus Blech ist eine etwa sternförmige Ausstanzung 2 mit am Umfang verteilten Zungen 3 eingebracht. Im Durchziehverfahren ist dann der Randbereich der Ausstanzung 2 mit den Zungen 3 gemäß den Figuren 3 und 4 durchgezogen und bildet so einen in den Ausführungsbeispielen kreisrunden Durchzug 2′ mit einem zylindrischen Teil 4, an den sich die Zungen 3 fluchtend anschließen. Die Zungen 3 selbst werden anschließend gemäß den Figuren 5 und 6 über einen wesentlichen Teil ihrer Länge um 90° abgewinkelt, wobei durch ein Kalibrierpressen der Abstand 5, der durch die Abwinkelung gebildeten Distanzanlageflächen 6 von der Lamellengrundfläche 7 bei allen so gebildeten Kragen 8 der Lamellenrippen gleich gemacht wird.
  • Die so hergestellten Lamellenrippen 1 werden dann auf parallel zueinander verlaufende Rohre parallel zueinander zur Bildung des Wärmetauschers angeordnet. Durch die Distanzanlageflächen 6 werden die einzelnen Lamellenrippen 1 in gleichem Abstand voneinander gehalten, wobei der Außendurchmesser 10 des Rohrs 9 dem Innendurchmesser 11 des Kragens 8 entspricht. Durch Aufweitung der Rohre 9 wird zur Erzeugung eines guten Wärmeübergangs ein Preßsitz erzeugt.
  • Beim Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 6 weist die Ausstanzung 2 sechs Zungen 3 auf, während beim in den Figuren 7 bis 11 dargestellten Ausführungsbeispiel für Lamellenrippen 1 mit Rohren 9 mit kleinerem Durchmesser bei jeder Ausstanzung 2 nur drei Zungen 3 vorgesehen sind. Im Prinzip ist aber die Gestaltung entsprechend der Ausführungsform der Figuren 1 bis 6 so, daß sich eine nähere Beschreibung hier erübrigt.

Claims (2)

  1. Wärmetauscher mit Lamellenrippen (1), die durch ausgeformte Kragen (8) der Lamellenrippen (1) im Abstand voneinander und parallel zueinander gehalten sind und die in Durchzügen (2') der Kragen (8) von parallel zueinander verlaufenden Rohren (9) durchdrungen sind, wobei jeweils der Innendurchmesser des Durchzugs (2') an den Außendurchmesser des Rohrs (9) angepaßt ist und am Außenumfang des Rohrs (9) mindestens teilweise anliegt, und am durchgezogenen Rand des Durchzugs (2') am Umfang verteilt Zungen (3) angeordnet sind, deren freie Enden in einem Winkel zum den Durchzug (2') durchragenden Rohr (9) abgewinkelt sind und Distanzanlageflächen (6) für die anschließende Lamellenrippe (1) abgeben, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der abgewinkelten Zungen (3) gegenüber dem Rohr (9) 90° beträgt, die größte Außenabmessung der Ausstanzung (2) vor dem Durchziehen kleiner ist als der Außendurchmesser (10) des Rohrs, daß in Abhängigkeit vom Rohrdurchmesser die Anzahl der angeordneten Zungen (3) bei größerem Rohrdurchmesser größer ist als bei kleinerem Rohrdurchmesser, und daß der Abstand (5) der Distanzanlageflächen (6) von der Lamellengrundfläche (7) durch ein Kalibrierpressen bei allen Distanzanlageflächen (6) der Lamellenrippe (1) gleich ist.
  2. Verfahren zur Herstellung der Lamellenrippe (1) für einen Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellenrippen (1) mit sternförmigen Ausstanzungen (2) versehen, dann die Ränder dieser Ausstanzungen (2) mit ihren durch die Sternform gebildeten Zungen (3) um 90° mittels Durchziehstempeln zu Kragen durchgezogen und anschließend die Zungen (3) über mindestens einen wesentlichen Teil ihrer Länge zur Bildung der Distanzanlageflächen (6) nach außen abgewinkelt werden und daß der Abstand (5) der Distanzanlageflächen (6) von der Lamellengrundfläche (7) durch ein Kalibierpressen bei allen so gebildeten Kragen (8) der Lamellen (1) gleich gemacht wird.
EP88109600A 1987-08-29 1988-06-16 Wärmetauscher mit Lamellenrippen Expired - Lifetime EP0305665B1 (de)

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