EP1028303A1 - Rippe für Wärmetauscher - Google Patents

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EP1028303A1
EP1028303A1 EP99102936A EP99102936A EP1028303A1 EP 1028303 A1 EP1028303 A1 EP 1028303A1 EP 99102936 A EP99102936 A EP 99102936A EP 99102936 A EP99102936 A EP 99102936A EP 1028303 A1 EP1028303 A1 EP 1028303A1
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EP
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edge
wire
ribs
fins
folded
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Mario Verkuijlen
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Nederlandse Radiateuren Fabriek BV
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D49/00—Sheathing or stiffening objects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21F—WORKING OR PROCESSING OF METAL WIRE
    • B21F15/00—Connecting wire to wire or other metallic material or objects; Connecting parts by means of wire
    • B21F15/10—Connecting wire to wire or other metallic material or objects; Connecting parts by means of wire wire with sheet metal
    • 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
    • F28F1/32—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 the means having portions engaging further tubular elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2225/00—Reinforcing means
    • F28F2225/06—Reinforcing means for fins

Definitions

  • the invention relates to fins for heat exchangers with one or more rows of openings, through which the tubes of the heat exchanger extend (flat fins) or corrugated fins are arranged between the heat exchanger tubes, optionally with lamella cuts, for Increase in heat exchange as well as with folded edge, which has a free cross section in itself includes.
  • a manufacturing method for such ribs is also described.
  • a rib is known from US Pat. No. 1,752,879, which is a so-called flat rib.
  • the opposite longitudinal edges are not folded over and pressed together, as is the case with other solutions , but they close, as described, eyelet-like, a free cross-section one that has the shape of a drop in the publication mentioned.
  • This fringe education contributes to the fact that the incoming cooling air jets are swirled more intensely and the Increase heat exchange efficiency. Your should also have better rib stability can be.
  • the material of the ribs e.g. on extremely thin copper or aluminum tape is one when transported through the ribbed tool Is subjected to stretching, which, although it is in the elastic range, is not complete regresses.
  • the amount of stretching of the material depends on various factors can be quite different, so taking this fact into account when building the ribbed tools is not always a satisfactory solution. This is about deviations in the distances between the individual openings through which the heat exchanger tubes will later pass extend, in the range of 0.01 mm, with a long row of openings (tubes) can already lead to the fact that the tubes of the heat exchanger are no longer or only very much difficult to insert into the openings of the stack of fins.
  • corrugated ribs are known, which are arranged between the heat exchanger tubes and are usually connected to these tubes by means of soldering. With corrugated ribs it is known that the opposite longitudinal edges to give the corrugated fin greater stability. (e.g. EP 547 309 A1)
  • the object of the invention is to provide the ribs described in the preamble improve that the rib stability is further increased (for flat and corrugated ribs) and the deviations caused by the stretch remain in a negligible range, which should simplify the insertion of the heat exchanger tubes. (for flat fins) Manufacturing process should be characterized by simplicity and low cost.
  • Long metal material is arranged.
  • these are a wire, for example a copper wire, if the rib is made of copper sheet.
  • the wire must are not necessarily made of the same metallic material as the rib, but it is Because of possible corrosion it is an advantage if the same materials are used.
  • the cross section of the wire is preferably round and the free cross section of the edge is adapted to this round shape to preferably completely absorb the wire.
  • a Embodiment is characterized in that the wire cross section predominantly from that Edge hem is included. This has the advantage that a with the same stability narrower sheet metal strip can be used. Because such ribs are mass-produced acts, even seemingly small savings can lead to a significant effect.
  • any other cross-sectional shape of the wire for example a quadrangular or polygonal wire, fulfills this same purpose.
  • the length of the long material preferably extends over the entire length the rib.
  • the diameter of the long material is preferably in the range between 0.2 to 0.5 mm.
  • ribs The production of such ribs is very simple and can be done with minor changes on existing rib tools or on devices for rib production.
  • the wire now causes the Band elongation and the resulting deviation are significantly lower because of the wire or the two wires on the opposite edges of the rib, set the stretch of the Rip significant resistance. So in a stack of ribs the individual Align openings with higher accuracy than before in a straight line, so that the insertion the heat exchanger tubes are much easier, with less effort and fewer quality problems, can be done. In addition, the wire improves the stability of the entire rib due to the higher stiffness in the edge area, to an extent such as a slight increase the sheet thickness, associated with higher costs, could never be achieved.
  • only one edge of the rib can be formed with an enclosed wire his. In most cases, however, the two opposite longitudinal edges are the Rib have an enclosed wire.
  • Fig. 1 shows a rib tool 1, which is designed as a pair of rollers 2, the strip material 5 from the coil 4 - in this case a thin copper sheet - and the coils 6, on which Copper wire 7 is 0.4mm thick.
  • the wire ends are between the roller sets 13 or between the two-sided edge hem to be produced by means of the roller sets 13 introduced and enclosed in the folded edges 3 by means of the roller sets 13.
  • Synchronous with the transport of the copper sheet strip 5 from the coil 4 the copper wire 7 is from his Coils 6 unwound by the pair of rollers 2 pulling the strip material 5 and the wire 7.
  • the rib tool 1 right away behind the rib tool 1 or still within the tool 1 after the ribs 10 are fully completed, the same, along with the enclosed wires 7 cut off by means of a cutting tool 14.
  • the wires 7 remain in the folded Edges 3 and stiffen the ribs 10 substantially. Furthermore, the strip material 5 is no longer so greatly stretched, whereby the accuracy of the distances 11 between the punched openings 12th the rib 10 has been increased.
  • the fin tool 1 is a pair of rollers 2 in this case with which, as is well known, the openings 12 and cuts 13 are made in the flat ribs 10 become. However, it could also be a rib tool 1 for producing corrugated ribs. A corrugated fin 10 was therefore drawn symbolically at the left end of FIG. 1.
  • the rib tool 1 is a punching tool. It goes without saying that in this case jacking rollers must also be provided.
  • Fig. 2 shows an example of six different configurations of flat ribs 10, which are differ mainly in the arrangement of the openings 12.
  • An education (above right) was provided with lamellar cuts 13.
  • lamellar cuts 13 In all of these and other versions not shown there may be a wire 7 in the opposite folded edges 3.
  • the section 3 -3 was drawn in the lower right figure of FIG. 2. Of course it could have been drawn in any of the other images.
  • FIG 3 shows details of the arrangement of the wire 7 according to section 3 - 3 in the edge 3 in two variants A and B.
  • the section 3-3 should only show the edge 3, in which the wire 7 is located. It is also understood here that both the edge 3 of a flat rib 10 and the edge of a Corrugated rib is meant.
  • the wire 7 is completely enclosed by the edge hem
  • the second variant B shows that it is also possible to narrow the edge hem form and the enclosure only over a predominant part of the circumference of the wire 7 to be provided.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Rippen für Wärmetauscher sowie ein Herstellungsverfahren für Rippen mit einer oder mehreren Reihen von Öffnungen, durch die sich die Rohre des Wärmetauschers erstrecken (Flachrippen) oder Wellrippen, die wellenförmig gefaltet und zwischen den Wärmetauscherrohren angeordnet sind, gegebenenfalls mit Lamellenschnitten zur Steigerung des Wärmetausches sowie mit umgelegtem Rand oder gegenüberliegenden umgelegten Rändern, der / die jeweils einen freien Querschnitt in sich einschließ/t/en. Um die Stabilität der Rippen zu erhöhen und die Maßabweichungen der Abstände zwischen den Öffnungen zu verringern wird erfindungsgemäß vorgesehen, daß in dem freien Querschnitt des Randes (3) oder der gegenüberliegenden Ränder (3) ein metallisches Langmaterial (7) angeordnet ist.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren sieht vor, daß synchron mit der Umlegung des/r Randes / Ränder (3) von einem Coil (6) ein Draht (7) abgespult und in den/die umzulegenden Rand/Ränder (3) eingeführt wird, daß die Drähte (7) gemeinsam mit den fertigen Rippen (10) abgeschnitten werden und in den/m umgelegten Rändern/Rand (3) der Rippen (10) verbleiben.

Description

Die Erfindung betrifft Rippen für Wärmetauscher mit einer oder mehreren Reihen von Öffnungen, durch die sich die Rohre des Wärmetauschers erstrecken (Flachrippen) oder Wellrippen die zwischen den Wärmetauscherrohren angeordnet sind, gegebenenfalls mit Lamellenschnitten, zur Steigerung des Wärmetausches sowie mit umgelegtem Rand, der einen freien Querschnitt in sich einschließt. Ferner wird ein Herstellungsverfahren für solche Rippen beschrieben.
Eine Rippe ist aus dem US-PS 1 752 879 bekannt, die eine sogenannte Flachrippe ist. Die gegenüberliegenden Längsränder sind nicht - wie bei anderen Lösungen - umgelegt und zusammengepreßt worden, sondern sie schließen, wie beschrieben, ösenartig, einen freien Querschnitt ein, der in der genannten Veröffentlichung etwa die Form eines Tropfens hat. Diese Randausbildung trägt dazu bei, daß die eintretenden Kühlluftstrahlen intensiver verwirbelt werden und die Effizienz des Wärmetausches anheben. Ihr sollte auch eine bessere Stabilität der Rippe zugeordnet werden können.
Bei der Herstellung solcher Rippen kann es vorkommen, daß das Material der Rippen, das z.B. ein extrem dünnes Kupfer - oder Aluminiumband ist, beim Transport durch das Rippenwerkzeug einer Dehnung unterworfen wird, die sich, obwohl sie im elastischen Bereich liegt, nicht vollständig zurückbildet. Die Größe der Dehnung des Materials hängt von verschiedenen Faktoren ab und kann recht unterschiedlich sein, so daß eine Berücksichtigung dieses Faktes beim Bau der Rippenwerkzeuge durchaus nicht immer eine befriedigende Lösung ist. Es geht hier um Abweichungen in den Abständen zwischen den einzelnen Öffnungen, durch die sich später die Wärmetauscherrohre erstrecken, im Bereich von 0,01 mm, die bei einer langen Reihe von Öffnungen (Rohren) schon dazu führen können, daß sich die Rohre des Wärmetauschers nicht mehr oder nur sehr schwierig in die Öffnungen der Rippenstapel einführen lassen.
Ferner sind sogenannte Wellripen bekannt, die zwischen den Wärmetauscherrohren angeordnet und meist mittels Löten mit diesen Rohren verbunden sind. Bei Wellrippen ist es bekannt, die gegenüberliegenden Längsränder umzulegen, um der Wellrippe eine höhere Stabilität zu geben. (z.B. EP 547 309 A1)
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die im Oberbegriff beschriebenen Rippen dahingehend zu verbessern, daß die Rippenstabilität weiter angehoben wird (bei Flach-und Wellrippen) und die durch die Dehnung verursachten Abweichungen in einem zu vernachlässigenden Bereich bleiben, wodurch das Einführen der Wärmetauscherrohre vereinfacht werden soll.(bei Flachrippen) Das Herstellungsverfahren soll sich durch Einfachheit und geringe Kosten auszeichnen.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß in dem freien Querschnitt der umgelegten Ränder ein metallisches Langmaterial angeordnet ist. Im einfachsten und besten Fall handelt es sich dabei um einen Draht, bspw. einen Kupferdraht, wenn die Rippe aus Kupferblech besteht. Der Draht muß nicht unbedingt aus dem gleichen metallischen Werkstoff wie die Rippe bestehen, jedoch ist es wegen möglicherweise auftretender Korrosion von Vorteil wenn gleiche Werkstoffe verwendet werden. Der Querschnitt des Drahtes ist vorzugsweise rund und der freie Querschnitt des Randes ist an diese runde Form angepaßt, um den Draht vorzugsweise vollständig in sich aufzunehmen. Eine Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß der Drahtquerschnitt überwiegend von dem Randsaum eingeschlossen ist. Dadurch wird der Vorteil erreicht, daß bei gleicher Stabilität ein schmaleres Blechband eingesetzt werden kann. Da es sich bei solchen Rippen um Massenprodukte handelt, können schon scheinbar geringe Einsparungen zu einem wesentlichen Effekt führen. Jede andere Querschnittsform des Drahtes, bspw. ein vier-oder mehreckiger Draht, erfüllt den gleichen Zweck. Vorzugsweise erstreckt sich die Länge des Langmaterials über die Gesamtlänge der Rippe. Der Durchmesser des Langmaterials liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 0,2 bis 0,5 mm.
Die Herstellung solcher Rippen ist denkbar einfach und kann bereits mit geringfügigen Änderungen an vorhandenen Rippenwerkzeugen oder an Vorrichtungen zur Rippenherstellung erfolgen. Der Draht wird zwischen dem Rollensatz, der der Randumformung dient, genauer gesagt, in den umzulegenden Randsaum der Rippe, der von den oberen und unteren Rollen eingeschlossen ist, eingeführt. Wenn das Blechband bewegt wird, wird der Rand nach und nach aufgerichtet und umgelegt und schließt dabei den Draht fest in sich ein. Der Draht wird dabei fortlaufend von einem Coil abgespult. Die fertigen Rippen werden gleichzeitig mit dem Draht abgeschnitten. Da das Blechband mittels eines Walzenpaares oder mittels separater Vortriebsrollen von einem Coil ab und durch die Rollensätze hindurchgezogen wird, tritt eine Materialdehnung auf, die ursächlich für die Abweichungen der Abstände zwischen den Öffnungen in den Rippen ist. Der Draht bewirkt nun, daß die Banddehnung und die daraus resultierende Abweichung deutlich geringer ausfällt, denn der Draht oder die beiden Drähte an den gegenüberliegenden Rändern der Rippe, setzen der Dehnung der Rippe einen wesentlichen Widerstand entgegen. In einem Rippenstapel werden also die einzelnen Öffnungen mit höherer Genauigkeit als bisher in einer geraden Linie fluchten, so daß das Einführen der Wärmetauscherrohre weitaus einfacher, mit weniger Kraftaufwand und geringeren Qualitätsproblemen, erfolgen kann. Darüber hinaus verbessert der Draht die Stabilität der gesamten Rippe durch die höhere Steifigkeit im Randbereich, in einem Maße, wie sie durch geringfügige Erhöhung der Blechdicke, einhergehend mit höheren Kosten, niemals erreicht werden könnte.
Gemäß der Erfindung kann lediglich ein Rand der Rippe mit einem eingeschlossenen Draht ausgebildet sein. In den meisten Fällen werden jedoch die zwei gegenüberliegenden Längsränder der Rippe einen eingeschlossenen Draht aufweisen.
Bei Wellrippen verleiht der Draht der Wellrippe eine höhere Stabilität. Wegen weiterer Einzelheiten wird auf die Patentansprüche sowie auf die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispieles verwiesen.
Die beiliegenden Fig. zeigen:
Fig. 1
Prinzip einer Vorrichtung zur Rippenherstellung
Fig. 2
Draufsicht auf verschiedene Rippenausführungen
Fig. 3
Vergrößerten Schnitt durch einen Rand der Rippe gemäß Schnitt 3 -3 in Fig. 2
Die Fig. 1 zeigt ein Rippenwerkzeug 1, das als Walzenpaar 2 ausgebildet ist, das das Bandmaterial 5 vom Coil 4 abspult - in diesem Fall ein dünnes Kupferblech - und die Coils 6, auf denen sich Kupferdraht 7 der Dicke 0,4mm befindet. Die Drahtenden werden zwischen den Rollensätzen 13 bzw. zwischen dem mittels der Rollensätze 13 stufenweise herzustellenden beidseitigen Randsaum eingeführt und mittels der Rollensätze 13 fest in den umgelegten Rändern 3 eingeschlossen. Synchron mit dem Transport des Kupferblechbandes 5 vom Coil 4 wird der Kupferdraht 7 von seinen Coils 6 abgewickelt, indem das Walzenpaar 2 das Bandmaterial 5 und den Draht 7abzieht. Unmittelbar hinter dem Rippenwerkzeug 1 oder noch innerhalb des Werkzeuges 1, nachdem die Rippen 10 vollständig fertiggestellt sind, werden dieselben, gemeinsam mit den eingeschlossenen Drähten 7 mittels eines Trennwerkzeuges 14 abgeschnitten. Die Drähte 7 bleiben in den umgelegten Rändern 3 und versteifen die Rippen 10 wesentlich. Ferner wird das Bandmaterial 5 nicht mehr so stark gedehnt, wodurch die Genauigkeit der Abstände 11 zwischen den gestanzten Öffnungen 12 der Rippe 10 erhöht worden ist. (Fig.2) Das Rippenwerkzeug 1 ist in diesem Fall ein Walzenpaar 2 mit dem, wie hinreichend bekannt, die Öffnungen 12 und Schnitte 13 in den Flachrippen 10 hergestellt werden. Es könnte jedoch auch ein Rippenwerkzeug 1 zur Herstellung von Wellrippen sein. Eine Wellrippe 10 wurde deshalb symbolhaft am linken Ende der Fig. 1 eingezeichnet.
In einem anderen nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Rippenwerkzeug 1 ein Stanzwerkzeug. Es versteht sich, daß für diesen Fall Vortriebsrollen zusätzlich vorgesehen werden müssen.
Andere für das Verfahren unwesentliche Einzelheiten wurden weggelassen. Beispielsweise ist es üblich, insbesondere wenn die Coils 4 sehr groß und schwer sind, daß die Coils 4 einen eigenen Antrieb aufweisen, so daß das Bandmaterial 5 vor dem Eintritt in die Rollensätze 13 nicht unter Spannung steht, sondern einen deutlichen schlaufenartigen Bogen bildet. Die Spannung im Bandmaterial 5 und die dadurch verursachte Dehnung tritt nach Verlassen der Rollensätze 13 auf.
Die Fig. 2 zeigt beispielhaft sechs verschiedene Ausbildungen von Flachrippen 10, die sich hauptsächlich hinsichtlich der Anordnung der Öffnungen 12 unterscheiden. Eine Ausbildung (oben rechts) wurde mit Lamellenschnitten 13 versehen. Bei all diesen und anderen nicht gezeigten Ausführungen kann sich in den gegenüberliegenden umgelegten Rändern 3 ein Draht 7 befinden. Der Schnitt 3 -3 wurde in der rechten unteren Abbildung der Fig. 2 eingezeichnet. Selbstverständlich hätte er auch in jeder der anderen Abbildungen eingezeichnet werden können.
Die Fig. 3 zeigt Einzelheiten der Anordnung des Drahtes 7 gemäß Schnitt 3 - 3 in dem Rand 3 in zwei Varianten A und B. Der Schnitt 3-3 soll nur den Rand 3 zeigen, in dem sich der Draht 7 befindet. Es versteht sich auch hier, daß sowohl der Rand 3 einer Flachrippe 10 als auch der Rand einer Wellrippe gemeint ist. In der ersten Variante A ist der Draht 7 vollständig von dem Randsaum umschlossen, während die zweite Variante B zeigt, daß es auch möglich ist, den Randsaum schmaler auszubilden und die Umschließung nur über einen überwiegenden Teil des Umfanges des Drahtes 7 vorzusehen.

Claims (5)

  1. Rippen für Wärmetauscher mit einer oder mehreren Reihen von Öffnungen, durch die sich die Rohre des Wärmetauschers erstrecken (Flachrippen) oder Wellrippen, die wellenförmig gefaltet und zwischen den Wärmetauscherrohren angeordnet sind,
    gegebenenfalls mit Lamellenschnitten, zur Steigerung des Wärmetausches sowie mit umgelegtem Rand oder gegenüberliegenden umgelegten Rändern, der / die jeweils einen freien Querschnitt in sich einschließ/t/en,
    dadurch gekennzeichnet, daß in dem freien Querschnitt des Randes (3) oder der gegenüberliegenden Ränder (3) ein metallisches Langmaterial (7) angeordnet ist.
  2. Rippen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Langmaterial (7) ein Draht (7), vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Rippe (10) ist, dessen Querschnitt vollständig oder überwiegend von dem Randsaum umschlossen und darin eingeklemmt ist.
  3. Rippen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (7) einen runden Querschnitt aufweist und sich über die gesamte Länge der Rippe (10) erstreckt.
  4. Rippen nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Drahtes (7) vorzugsweise etwa 0,2 bis 0,5 mm beträgt.
  5. Verfahren zur Herstellung von Rippen für Wärmetauscher von einem Bandmaterial, das von einem Coil abgespult und durch ein oder mehrere Rippenwerkzeug/e gefördert wird, mit denen Flachrippen oder Wellrippen hergestellt werden und der Rand der Rippen oder die zwei gegenüberliegenden Ränder umgelegt werden,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß synchron mit der Umlegung des/r Randes / Ränder (3) von einem Coil (6) ein Draht (7) abgespult und in den/die umzulegenden Rand/Ränder (3) eingeführt wird,
    daß die Drähte (7) gemeinsam mit den fertigen Rippen (10) abgeschnitten werden und in den/m umgelegten Rändern/Rand (3) der Rippen (10) verbleiben.
EP99102936A 1999-02-13 1999-02-13 Rippe für Wärmetauscher Expired - Lifetime EP1028303B1 (de)

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