EP1647341B1 - Method for making a corrugated fin and heat exchange block containing these corrugated fins - Google Patents
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- 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
- F28F1/126—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 consisting of zig-zag shaped fins
- F28F1/128—Fins with openings, e.g. louvered fins
Definitions
- Heat exchanger blocks or heat exchanger modules which consist of at least two different réelle undergraduatetragem were known under the name protected for the applicant Monoblock .
- a coolant flowed through by coolant on the primary side and a condenser through which refrigerant flows on the primary side are integrated into a heat exchanger block, wherein both heat exchangers are arranged one behind the other in the air flow direction and have common corrugated fins, so-called continuous ribs, overflowed by ambient air.
- the entire heat exchanger block preferably made of aluminum, is soldered "in one shot” in a soldering oven.
- such a heat exchanger block may also include other heat exchangers, such as a charge air cooler.
- the Applicant has such a monoblock is known, which is also characterized in that at least one heat exchanger, preferably the cooler, has no conventional tube sheet, but instead flared end flat tubes, with their long sides with each other and with their Narrow sides are soldered to a collection box.
- This design brings significant benefits in the depth, ie in the air flow direction.
- the heat exchangers carry their heat to the ambient air via a common or continuous rib, which has the mechanical advantage that it gives the heat exchanger block the required stiffness, but thermodynamically has the disadvantage that a heat conduction through the rib of a Heat exchanger to the other takes place, for example, from the radiator to the condenser. This is not wanted.
- the corrugated fin is first made of a flat metal strip into which gills are cut by means of cutting rollers to improve the heat transfer, which are arranged in rows transversely to the rolling direction.
- the rib is then separated in the region of the thermal barrier, ie approximately in the middle, in each case between directly or indirectly adjacent gills and then pulled apart (transversely to the rolling direction).
- the rib is pleated, ie wavy.
- the gills 7 may be the same or different for the rib sections 1a, 1b, depending on the design of the relevant heat exchanger.
- a connecting web 8 is arranged, which has two acute angles to each other arranged legs 8a, 8b, which are connected with their free ends with the rib portions 1a, 1b.
- the connecting web 8 acts as a so-called thermal barrier and prevents or reduces the heat conduction from one rib section 1 a to the other 1 b.
- the fourth separating cut 12d is arranged transversely to the rolling direction W and connects the two longitudinal cuts 12b, 12c.
- This cutting pattern 12a to 12d is repeated continuously in the rolling direction W.
- the closed gills 11 are separated, and the metal strip 9 'can - as shown in the method section b) - pull apart transverse to the rolling direction W. This separation takes place after the metal strip 9 has passed through the cutting rollers, not shown.
- an enlarged width B2 of the metal strip 9 'and on the other hand a separation zone of the width T is achieved.
- the pleating takes place simultaneously with the cutting of the gills.
- the spreading of the rib is then advantageously then with the help of guide rollers.
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Wellrippe für einen aus mindestens zwei Wärmeübertragem bestehenden Wärmeübertragerblock nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Wärmeübertragerblock, bestehend aus mindestens zwei Wärmeübertragem, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 9. Ein solches Verfahren und ein solcher Warmeübertragerblock sind aus der
Wärmeübertragerblöcke oder Wärmeübertragermodule, die mindestens aus zwei unterschiedlichen Wärmeübertragem bestehen, wurden unter der für die Anmelderin geschützten Bezeichnung Monoblock bekannt. Dabei sind ein von Kühlmittel primärseitig durchströmter Kühler und ein von Kältemittel primärseitig durchströmter Kondensator, jeweils in Ganzmetallbauweise, zu einem Wärmeübertragerblock integriert, wobei beide Wärmeübertrager in Luftströmungsrichtung hintereinander angeordnet sind und gemeinsame von Umgebungsluft überströmte Wellrippen, so genannte durchgehende Rippen aufweisen. Der gesamte Wärmeübertragerblock, vorzugsweise aus Aluminium hergestellt, wird "in einem Schuss" in einem Lötofen gelötet. Ein solcher Wärmeübertragerblock kann jedoch auch weitere Wärmeübertrager, z.B. einen Ladeluftkühler umfassen. Durch die
In der
Weitere Vorschläge zur Lösung dieses Problems gehen aus der
In der
Schließlich wurde in der
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren der eingangs genannten Art anzugeben, welches eine verschnittfreie Herstellung einer Wellrippe mit thermischer Sperre erlaubt, wobei der Materialeinsatz für die Rippe möglichst gering, d. h. auf die Zonen der Wärmeübertragung beschränkt sein soll. Femer ist es Aufgabe der Erfindung, einen Wärmeübertragerblock mit einer solchen Wellrippe zu schaffen, welche verschnittfrei und mit wenig Materialeinsatz herstellbar ist. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, auch größere Abstände zwischen den Rohrreihen der Wärmeübertrager zu überbücken.It is an object of the present invention to provide a manufacturing method of the type mentioned, which allows a waste-free production of a corrugated fin with thermal barrier, the material use for the rib as low as possible, d. H. should be limited to the zones of heat transfer. Femer it is an object of the invention to provide a heat exchanger block with such a corrugated fin, which is produced without waste and with little use of material. In particular, it is an object of the invention to also bridge larger distances between the rows of tubes of the heat exchanger.
Diese Aufgabe wird zunächst durch die Merkmale des Patenanspruches 1 gelöst. Die Wellrippe wird zunächst aus einem flachen Metallband hergestellt, in welches mittels Schneidwalzen Kiemen zur Verbesserung des Wärmeübergangs eingeschnitten werden, welche in Reihen quer zur Walzrichtung angeordnet sind. Die Rippe wird dann im Bereich der thermischen Sperre, also etwa in der Mitte, jeweils zwischen unmittelbar oder mittelbar benachbarten Kiemen aufgetrennt und anschließend auseinander gezogen (quer zur Walzrichtung). Gleichzeitig oder danach wird die Rippe plissiert, d. h. gewellt. Durch das Auseinanderziehen wird die Rippe verbreitert, d. h. ihre Tiefe in Luftströmungsrichtung im Wärmeübertrager wird größer, und zwar um den Bereich der thermischen Sperrzone zwischen den Rohrreihen des Wärmeübertragers. Das Auftrennen der Rippe erfolgt verschnittfrei, sodass keine Rippenmaterialteilchen anfallen, die entsorgt werden müssen. Dies erleichtert den Fertigungsprozess. Durch entsprechende Positionierung der Trennstellen lässt sich die Rippe zieharmonika- oder girlandenartig auseinander ziehen, wodurch sich eine thermisch wirksame "Sperrzone", d. h. eine thermische Sperre ergibt und lediglich ein oder zwei dünne Materialstege erhalten bleiben, welche die Rippenteile zusammenhalten und nur eine geringe Wärmeleitung zulassen. Durch diese Trenntechnik können auch größere Abstände überbrückt werden, was von der Bauweise des betreffenden Wärmeübertragerblvckes, d. h. dem Abstand der Rohrreihen abhängt. Die erfindungsgemäße Lösung ist insofern von der Materialeinsparung bei der Rippe umso vorteilhafter, je größer der zu überbrückende Abstand ist.This object is first achieved by the features of claim 1. The corrugated fin is first made of a flat metal strip into which gills are cut by means of cutting rollers to improve the heat transfer, which are arranged in rows transversely to the rolling direction. The rib is then separated in the region of the thermal barrier, ie approximately in the middle, in each case between directly or indirectly adjacent gills and then pulled apart (transversely to the rolling direction). At the same time or after, the rib is pleated, ie wavy. By pulling apart the rib is widened, ie its depth in the air flow direction in the heat exchanger is greater, namely around the area of the thermal barrier zone between the rows of tubes of the heat exchanger. The separation of the rib is made without waste, so that no rib material particles are incurred, which must be disposed of. This facilitates the manufacturing process. By appropriate positioning of the separation points, the rib can pull apart like a concertina or garland, resulting in a thermally effective "exclusion zone", ie a thermal barrier and only one or two thin material webs are retained, which hold the rib parts together and allow only a small heat conduction , This separation technique also larger distances can be bridged, which depends on the design of the relevant Wärmeübertragerblvckes, ie the distance of the rows of tubes. The solution according to the invention is the more advantageous the material saving in the rib, the greater the distance to be bridged.
Die Herstellung der Wellrippe muss nicht notwendigerweise - wie zuvor erläutert - in einem kontinuierlichen Prozess mit einem endlosen Metallband erfolgen, welches durch ein rotierendes Walzenpaar geführt wird. Vielmehr liegt es auch im Bereich der Erfindung, eine Rippe mit Kiemen und Trennschnitten aus einem Metallblech (Platine) auszustanzen und anschließend zur Ausbildung der thermischen Sperre auseinander zu ziehen.The preparation of the corrugated fin need not necessarily - as explained above - be carried out in a continuous process with an endless metal strip, which is guided by a rotating pair of rollers. Rather, it is also within the scope of the invention, auszustanzen a rib with gills and cuts from a metal sheet (board) and then pull apart to form the thermal barrier.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Auftrennung der Rippe durch in Walzrichtung und/oder quer zur Walzrichtung verlaufende Schnitte, d. h. kleine Schnitte zwischen benachbarten Kiemen, in derselben Kiemenreihe und zwischen benachbarten Kiemenreihen. Diese Schnitttechnik hat den Vorteil, dass sie unmittelbar beim Walzen durch geringfügige Änderungen der Schneidwalzen erreicht werden kann. Die erfindungsgemäßen Schnitte werden somit quasi in einem Arbeitsgang mit dem Einschneiden der Kiemen hergestellt.According to an advantageous embodiment of the invention, the separation of the rib is carried out by running in the rolling direction and / or transverse to the rolling direction cuts, d. H. small cuts between adjacent gills, in the same gill row and between adjacent gill rows. This cutting technique has the advantage that it can be achieved directly during rolling by slight changes in the cutting rollers. The cuts according to the invention are thus produced, as it were, in one operation with the cutting of the gills.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Abstände der Kiemen in einer Reihe im Bereich der Sperrzone vergrößert - dadurch ergeben sich andere Schnittkombinationen und eine andere geometrische Ausbildung der Verbindungsstege.According to an advantageous embodiment of the invention, the distances of the gills in a row in the area of the exclusion zone are increased - this results in other cutting combinations and a different geometric configuration of the connecting webs.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nehmen die Verbindungsstege nach dem Auseinanderziehen der Wellrippe etwa die Form einer Raute oder eine Girlande an. Damit bestehen nur ein oder zwei dünne Verbindungsstege zwischen beiden Rippenteilen, wobei gleichzeitig ein relativ großer Abstand mit minimalem Materialaufwand überbrückt wird. Damit bilden beiden Rippenteile ein zusammenhängendes Gebilde, welches als ein Teil weiter verarbeitet und im Wärmeübertragerblock montiert (kassettiert) werden kann.According to a further advantageous embodiment of the invention take the connecting webs after the pulling apart of the corrugated fin about the shape of a rhombus or a garland. Thus, there are only one or two thin connecting webs between the two rib parts, at the same time a relatively large distance is bridged with minimal material costs. Thus, both rib parts form a coherent structure, which can be further processed as a part and mounted (cassetted) in the heat exchanger block.
Die Aufgabe wird auch durch die Merkmale des Patentanspruchs 9 gelöst. Da dieser Wärmeübertrager mindestens zwei Flachrohrreihen aufweist und die Wellrippe trotz thermischer Sperre eine durchgehende Rippe ist, lässt sie sich wesentlich einfacher mit den Rohren des Wärmeübertragers kassettieren, d. h. für den Lötprozess vorbereiten. Die thermische Sperre bzw. die Überbrückung wird nur durch dünne Verbindungsstege aus dem Rippenmaterial gebildet, wobei diese Stege in einem spitzen oder stumpfen Winkel zueinander angeordnet und verschnittfrei hergestellt sind. Die thermische Sperre bzw. die thermische Isolation wird durch einen relativ geringen wärmeleitenden Querschnitt und eine relativ große Länge infolge der winkligen Anordnung der Schenkel erreicht.The object is also solved by the features of
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
- Fig. 1
- ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung für die Herstellung einer Wellrippe mit drei Verfahrensschritten a), b), c) und
- Fig. 2
- ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung mit drei Verfahrensschritten a), b), c).
- Fig. 1
- a first embodiment of the invention for the production of a corrugated fin with three process steps a), b), c) and
- Fig. 2
- A second embodiment of the invention with three process steps a), b), c).
Im Folgenden wird die Herstellung der Wellrippe 1 anhand der Herstellungsabschnitte a), b) erläutert. Der Verfahrensabschnitt a) zeigt ein flaches, endloses Metallband 9 der Breite B1 mit gleichmäßig angeordneten Reihen 10 von Kiemen 11. Die Kiemen 11 werden in an sich bekannter Weise beim Durchlaufen von nicht dargestellten Schneidwalzen in Richtung des Pfeils W, d. h. in Walzrichtung in das Metallband 9 eingeschnitten. Im mittleren Bereich des Metallbandes 9 sind in Walzrichtung W und quer zur Walzrichtung verlaufende Trennschnitte 12a, 12b, 12c, 12d angeordnet. Drei Schnitte 12a, 12b, 12c verlaufen in Walzrichtung W und verbinden benachbarte, in verschiedenen Reihen 10 angeordnete Kiemen 11. Der vierte Trennschnitt 12d ist quer zur Walzrichtung W angeordnet und verbindet die beiden Längsschnitte 12b, 12 c. Dieses Schnittmuster 12a bis 12d wiederholt sich kontinuierlich in Walzrichtung W. Durch diese Schnittanordnung werden die geschlossenen Kiemen 11 aufgetrennt, und das Metallband 9' lässt sich - wie im Verfahrensabschnitt b) dargestellt - quer zur Walzrichtung W auseinander ziehen. Dieses Auseinanderziehen erfolgt, nachdem das Metallband 9 die nicht dargestellten Schneidwalzen durchlaufen hat. Durch das Auseinanderziehen wird einerseits eine vergrößerte Breite B2 des Metallbandes 9' und andererseits eine Trennzone der Breite T erreicht. Das Metallband 9' ist nunmehr in zwei Abschnitte der Breite R1 und der Breite R2 geteilt, welche durch die zuvor erwähnten Verbindungsstege 8 miteinander verbunden sind. Die geometrische Ausbildung der Verbindungsstege 8 mit den Schenkeln 8a, 8b erfolgt durch plastische Verformung des Metallbandes 9', wobei jeweils zwei benachbarte Schenkelpaare 8a, 8b des Metallbandes 9' eine Raute 13 bilden. Durch das Auseinanderziehen des Metallbandes 9' auf die Breite B2 ist eine thermische Sperre bzw. Sperrzone der Breite T geschaffen worden, und zwar ohne Materialverschnitt. Die Verfahrensabschnitte a) und b) erfolgen also völlig spanlos.In the following, the production of the corrugated fin 1 will be explained with reference to the production sections a), b). The process section a) shows a flat,
Anschließend an den Verfahrensabschnitt b) wird das Metallband 9 im auf die Breite B2 gestreckten Zustand plissiert, d. h. zu der fertigen Wellrippe 1, dargestellt im Abschnitt c), umgeformt. Die Wellrippe 1 kann dann - wie zuvor beschrieben - mit den Flachrohren 5, 6 kassettiert und zu einem kompletten Wärmeübertragerblock 2 ergänzt werden, der dann "in einem Schuss" in einem nicht dargestellten Lötofen fertig gelötet wird.Subsequent to the method section b), the
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Plissieren gleichzeitig mir dem Schneiden der Kiemen. Das Spreizen der Rippe geschieht dann vorteilhafterweise anschließend mit Hilfe von Führungsrollen.According to a preferred embodiment, the pleating takes place simultaneously with the cutting of the gills. The spreading of the rib is then advantageously then with the help of guide rollers.
Die Herstellung der Wellrippe 20 wird im Folgenden anhand der Verfahrensabschnitte a) und b) beschrieben. Im ersten Verfahrensabschnitt a) ist ein flaches Metallband 27 dargestellt, welches in ähnlicher Weise wie im vorherigen Ausführungsbeispiel mit Kiemen 28 besetzt ist. Das Metallband 27 weist einen linken Abschnitt 27a und einen rechten Abschnitt 27b auf, in welchen der Abstand der Kiemen quer zur Walzrichtung W den Wert a aufweist, während der Abstand der Kiemen 28 im mittleren Bereich, d. h. zwischen den Abschnitten 27a, 27b auf ein Maß b vergrößert ist. In diesem mittleren Bereich der Breite b sind Trennschnitte 29 zwischen benachbarten Kiemen 28 quer zur Walzrichtung W in das Metallband 27 eingebracht. Darüber hinaus sind Zwischen diesen quer verlaufenden Trennschnitten 29 in Walzrichtung W verlaufende Trennschnitte 30 angebracht. Die quer und längs verlaufenden Schnitte 29, 30 werden während des Schneidens der Kiemen durch nicht dargestellte, an sich bekannte Schneidwalzen hergestellt. Analog dem Ausführungsbeispiel gemäß
Der Verfahrensschritt b) zeigt das Metallband 27' in einem Zustand nach dem Auseinanderziehen quer zur Walzrichtung W. Infolge der Durchtrennung des Rippenbandes 27 an den Schnittstellen 29, 30 ergeben sich nach dem Auseinanderziehen V-förmige Verbindungsstege 31, 32, 33, wobei die benachbarten Verbindungsstege 32, 33 eine geschlossene Raute 34 bilden. Durch das Auseinanderziehen des Rippenbandes 27 aus dem Zustand a) in den Zustand b) ist das Rippenmaterial im Bereich der Verbindungsstege 31, 32, 33 plastisch verformt worden und bleibt somit in der auseinander gezogenen Breite stehen. Anschließend wird das Metallband 27' plissiert, d. h. zu der Wellrippe 20 umgeformt. Dabei ergibt sich die im Verfahrensabschnitt c) dargestellte Form mit zwei Verbindungsstegen 22, 23, wobei der Verbindungssteg 23 im Abschnitt c) dem Verbindungssteg 32 im Abschnitt b) entspricht und der weitere Verbindungssteg 33 nach dem Plissieren im Abschnitt c) durch den Verbindungssteg 23 abgedeckt ist. Somit kann durch spanlose Umformung, d. h. verschnittfreie und materialsparende Herstellung der Abstand der Rohrreihen 25, 26 überbrückt und eine thermische Sperre 21 geschaffen werden.The process step b) shows the metal strip 27 'in a state after pulling apart transversely to the rolling direction W. As a result of the separation of the
Claims (10)
- Method for the production of a corrugated fin for a heat exchange block consisting of at least two heat exchangers with at least one row of first tubes for the first heat exchanger and at least one row of second tubes for the second heat exchanger, such that the corrugated fin is formed as a continuous fin arranged between the first and the second tubes with a thermal barrier between the rows of first and second tubes, with slots (11, 28) cut into a metal strip (9, 27), characterised in that in the area of the thermal barrier and between adjacent slots (11, 28) the metal strip (9, 27) is separated and pulled apart transversely to the longitudinal direction W.
- Method according to Claim 1, characterised in that the metal strip is made as an endless strip, fed between a pair of cutting rolls for cutting the slots and for the separation cuts.
- Method according to Claim 2, characterised in that the separation is carried out by producing cuts (12a - d; 29, 30) that extend in the rolling direction W and/or transversely to the rolling direction.
- Method according to Claims 1, 2 or 3, characterised in that the slots (11) are arranged in rows (10) and are spaced an equal distance apart.
- Method according to Claims 1, 2 or 3, characterised in that the distance b between adjacent slots (28) in a row is increased in the area of the thermal barrier.
- Method according to Claims 3, 4 or 5, characterised in that the length of the separating cuts (12a- d; 29, 30) is not greater than the length of the slots (11, 28).
- Method according to any of Claims 1 to 6, characterised in that the pulling apart of the partially separated metal strip (9', 27') produces connecting webs (8, 13; 32, 33, 34) arranged in a diamond shape to form the thermal barrier.
- Method according to any of the preceding claims, characterised in that the separation cuts and in particular the slots are arranged symmetrically in relation to the thermal barrier zone.
- Heat exchange block (2) consisting of at least two heat exchangers, each comprising at least one row (3, 4) of tubes (5, 6) and common corrugated fins (1) with slots cut into them between the tubes (5, 6), such that between the rows (3, 4) of the first and the second heat exchanger a gap A is formed, and in the corrugated fins (1) in the area of the gap A and between adjacent slots thermal barriers are arranged, characterised in that the thermal barriers are formed by at least one connecting web (8) obtained by non-cutting deformation and consisting in each case of two arms (8a, 8b) arranged at an angle to one another.
- Heat exchanger block (2, 24) according to Claim 9, characterised in that the connecting web (8; 22, 23) has a heat-conducting cross-section smaller than that of the corrugated fin (1, 20) and a heat-conducting length larger that the spacing A of the tube rows (3, 4).
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