JP6788602B2 - 熱交換器のための板部品を作成するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、下記に掲げた独立請求項の前文に係る、板部品ブランク材を作成するための方法及び装置に関する。さらに本発明は、熱交換器のための板部品を作成するための構造に関する。

プレート型熱交換器の板パックは普通、プロファイル付きの金属板から作成される。板のプロファイルパターン、即ちプロファイルの形状と高さは、所望の熱交換の性能に依存して変えることができる。通常は、プレート型熱交換器のプロファイル付きの板は、冷間加工方法によって、１枚の板を１回で一対の平面上の加工具の間でプレスすることで作成される。つまり一方の加工具はプレスとして、他方の加工具はダイとして用いられる。板部品の製造に用いる平面上の加工具は、板のサイズの増加に特に伴って必要とされる大きな作用力が原因で、非常に大きな重量を有する。またこの加工具の製造コストもやはり高い。

圧延方法による熱交換器のプロファイル付きの金属板の作成が、これまでに知られている。この方法は、シート材料の連続シートが一対のロールの間で搬送され、プロファイル付きの板を形成する。国際公開ＷＯ ００／５３３５５明細書は、圧延方法による熱交換器の板部品を作成するための方法を開示している。ここに記載された方法は、加工するべき連続シートが２個のロールの間で搬送され、反対向きの表面パターンを有する２個のロールの間で板部品が形成され、形成されるときに、これらの最終形状になるように同時に切り取られる。ここに記載された装置では、ロールは、その一端に取り付けられたギヤ機構を介して互いに結合され、ロールの同期は、ロール専用同期モーターと電気的制御システムとによって行われる。しかし、ロールの別体の駆動機構に起因して、板のプロファイルパターンの正確さに関連した問題が生じる。なぜならば、ロールの一方の回転速度が、圧延加工で生じる力に起因して変化し得るので、ロールの回転速度は、もはや互いに同期しなくなってしまうからである。プロファイルパターンの高さは、ロールの湾曲が原因となって、板の縁に比べて板の中央で違ってしまうことがある。これにより、形成するべき板パックへのバイパスの流れを引き起こし、熱交換器の熱交換の性能に影響してしまう。従って、圧延方法を用いて、正確なプロファイルパターンを有する熱交換器のための板部品の作成を可能にする装置及び方法への要請があった。

本発明の目的は、圧延方法を用いて熱交換器のための板部品ブランク材（ｐｌａｔｅ ｐａｒｔ ｂｌａｎｋ）を作成する新規な解決法を提供することである。

本発明の目的は特に、板部品ブランク材を作成するための方法及び装置を提供することであり、板の全表面にわたって一層正確なプロファイルパターンを有する板部品を作成することを可能にする。

上述の目的や他の目的を達成するために、本発明は、ここに添付した独立請求項の特徴項に掲げた事項によって特徴づけられるものである。

本発明のいくつかの好ましい実施形態は、その他の請求項に記載されたものである。

本明細書で述べる実施形態と利点は、常に明確に言及するとは限らないが、該当する場合は、本発明に係る方法と装置、また構造に関連するものである。

熱交換器のための板部品ブランク材（ｐｌａｔｅ ｐａｒｔ ｂｌａｎｋ）を作成するための、本発明に係る典型的な方法では、連続シートの形態を有するシート材料は、反対向きの表面パターンを有する２個のロールの間で加工される。共通の同期ギヤを用いて相互に回転を制御することで実質的に同じ速度で回転するようにロールを同期させ、これによりシート材料にプロファイル付き板部品ブランク材を形成する。このギヤは、バックラッシュが０．１ｍｍ未満となるようにディスクパック又はギヤカップリングを備えた軸部を用いてロールに連結されている。シート材料に２個以上の板部品ブランク材がロールの１回転の間に形成される。

熱交換器のための板部品ブランク材を作成するための、本発明に係る典型的な装置は、少なくとも
枠部と、
枠部の軸受けに装着された２個のロールであって、シート材料にプロファイル付き板部品ブランク材を形成するように、互いに逆向きになった表面パターンを有する２個のロールとを備えている。
さらにこの装置は、ロールの相互の間での回転を制御する同期ギヤを備えている。このギヤは、バックラッシュが０．１ｍｍ未満となるようにディスクパック又はギヤカップリングを備えた軸部を用いてロールに連結されている。ロールは、その１回転の間に２個以上の板部品ブランク材を形成するための表面パターンを備えている。

本発明に係る典型的な構造は、
本発明に係る、シート材料に板部品ブランク材を形成する装置と、
シート材料から板部品ブランク材を切り取り、板部品ブランク材を形成する装置と同期されるレーザー切断機とを備えている。

本発明の方法は、熱交換器の板パックのためのプロファイル付き板部品を作成するための冷間加工方法である。プロファイル付き板部品とは、熱交換器の波形形状（ｃｏｒｒｕｇａｔｉｏｎ）の金属板、即ち、複数の溝、及び溝の間の複数の突条を備えているものである。本発明は、装置の一対のロールを基礎として提供されるものである。このロールは、バックラッシュなし、又はほとんどバックラッシュなし、即ちバックラッシュが０．１ｍｍ未満であるようにして共通の同期手段を介して同期され、相互に結合される。従って、ロールは実質的に同じ速度で回転するように配置され、板のプロファイルパターンは幾何学的に正確であり、板の全表面にわたって正しくなっている。本発明に係る共通の同期手段の使用は、ロールの表面パターンの相互の位置ずれ（ｍｉｓａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を最小限にする。本発明の装置は、一対のロールを有し、プロファイル付き板部品は、一対のロールの間でシート材料が搬送される間に、シート材料に形成される。

本発明の装置のロールは、共通の同期手段を介して互いに結合される。この同期手段は、同期ギヤと２本の軸部を備え、２本の軸部は、ロールをギヤに連結させるディスクパック又はギヤカップリングを有する。ロールの相互の間の回転は、制御、調節され、実質的に同じ速度で回転する。共通の同期手段は、圧延中に生じる力のロールへの影響を取り除き、これにより板部品に正確なプロファイルパターンを作成するようになる。

本発明の好ましい実施形態では、ロールは、２本の軸部、即ち第１軸部及び第２軸部と、ディスクパック又はギヤカップリングとによって、同期ギヤと連結している。第１軸部及び第２軸部の一端はロールの一端に取り付けられ、第１軸部及び第２軸部の他端は同期
ギヤに接続するように配置されている。ディスクパックカップリングは、駆動部として鋼鉄からできたディスクパックを用いた、バックラッシュなしのカップリングであり、これは２個の金属ハブがディスクパックに接続されている。ディスクパックカップリングは、単一のディスクパックでもよく二重のディスクパックでもよい。ギヤカップリングとはダブルジョイントカップリングを意味し、これは、内側に直線的な歯を備えた２個のフランジと係合する、２個の冠歯車の形状のギヤ付きハブ（ｃｒｏｗｎｅｄ ｔｏｏｔｈ ｇｅａｒｅｄ ｈｕｂｓ）を伝達部として用いて、鋼鉄から作成されている。本発明の好ましい実施形態では、２本ある軸部が２個のディスクパックカップリングを有する。ディスクパック又はギヤカップリングは、ねじれに関して剛性を有しているが、軸方向及び角度方向に関しては可撓性を有し、２本の軸部の位置ずれを補正する。ディスクパック又はギヤカップリングを備えた軸部は、ロールの同期手段に影響を与えることなくロール間の距離を調整することを可能にする。従って、厚みが異なったり高さが異なったりするプロファイルパターンであっても、それを有する板は、本装置のこれらのロールを用いて形成することができる。

本発明の方法によれば、板部品ブランク材は、２個のロールの間でシート材料の連続シートに形成される。ロールは第１及び第２ロールであり、シート材料に１個又は複数のプロファイル付き板部品ブランク材を形成するための、反対向きの表面パターンを備えている。２個以上の板部品ブランク材が、ロールの１回転の間に形成される。即ち、一対のロールの間を走行したときに板部品ブランク材が連続シートに形成される。本発明の好ましい実施形態によれば、ロールの１回転の間に２個の板部品ブランク材が形成される。これらの板部品ブランク材は同じサイズである。即ち、ロールは、それぞれの対向する側に配置された２個の同様な表面パターンを備えている。ロールの１回転という表現は、ロールのまる１周の（ｃｏｍｐｌｅｔｅ）回転を意味する。ロールの外周の全長が、シート材料と既に接触している。１回転の間に形成するべき板部品ブランク材の数は、作成するべき板部品のサイズに依存する。この作成するべき板部品ブランク材のサイズは異なることがある。優れた利点のあることであるが、シート材料の全幅にわたって、プロファイルを施すべき領域を広げることができる。従って、１回転の間に形成される板部品の量は、プロファイルを施すべき板部品のサイズに依存する。大きなサイズの板部品から残されたシート材料の領域に、より小さな板部品を形成することができる。圧延の力を均等に分けることができるので、この装置で実質的に湾曲のないロールが、この構造で供される。２個の板部品ブランク材がロールの１回転の間に形成されるときは、ロールの湾曲はロールの中心軸に関して高々０．０２ｍｍしかない。従ってプロファイルパターンの高さは、形成するべき板の全表面にわたって実質的に等しい。

本発明の方法と構造は、異なる形状の板部品、例えば矩形、又は円形などの板部品を作成することを可能にする。また、異なるサイズの板部品、即ち、直径が可変な円形の板部品を作成することを可能にする。通常は、円形の板部品の直径は１５０〜１５００ｍｍである。また板部品は、小さな開口を有していてもよい。

表面パターン、即ち、いわゆるプロファイル作成パターンは、ロールの表面で反対向きの形状を有するものであり、固定的にロールの表面に取り付けられているか、ロールの表面に固定的に、取り外し可能にロックされているかのいずれかである。プロファイル作成パターンとは、板部品の波形形状（ｃｏｒｒｕｇａｔｉｏｎ）、即ち、複数の溝、及び溝の間の複数の突条を意味する。本発明の好ましい実施形態では、ロールは表面パターンを備え、ロールの１回転の間に、２個以上の板部品ブランク材を形成するものである。

本発明の一つの実施形態によれば、ロールは、シート材料に連続的プロファイルパターン、即ち、連続的な矩形のプロファイルパターンを形成する表面パターンを備えている。所望の長さの矩形の板部品ブランク材は、連続プロファイルパターンを用いてシート材料から切り取られる。

本発明の好ましい実施形態によれば、同期ギヤは、電気モーターなどの駆動機構を備えている。駆動機構は、両ロールに対して共通に設けられている。従ってロールの速度は、無段調節で調節が可能である。

ロールの回転速度は、原材料として用いられるシート材料の材料特性及び厚みに基づいて、調節可能である。

本発明に係る板部品を作成するための方法及び装置は、次の態様で用いられる。ロールの距離は、原材料として用いられるシート材料の厚みに対応して調節される。板部品ブランク材は、プロファイル付き板部品ブランク材を形成するために、反対向きの形状、即ちプロファイルパターンを備えた２個のロールの間で形成される。この後に、シート材料から、別の切断ステージにおける板の最終形態にブランク材が切り取られる。本発明の好ましい実施形態では、板部品ブランク材はレーザー切断機を用いて切り取られる。通常はプロファイル付き板部品ブランク材を備えた連続シート形態のシート材料は、圧延装置から直接にレーザー切断機に搬送される。レーザー切断機の機能は、ロールの回転速度と同期される。

板部品ブランク材は、他のどのような適切な切断方法を用いて、シート材料から切り取られてもよい。

本発明の一つの実施形態では、レーザー切断ステージの手前で板部品ブランク材が撮影され、切断するべき板部品の位置は、写真に基づいて判定される。即ちレーザー切断機の位置合わせの状態（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）が判定され、写真に基づいて調節される。本発明の実施形態によれば、シート材料はロールによって形成された複数の異なるチェックパターンを備え、このチェックパターンに基づいて、レーザー切断機は切断するべき板部品の位置を決定することができる。本発明の実施形態によれば、カメラが、切り取るべき板部品ブランク材の両側に位置する２個のチェックパターンを撮影するように配置されている。これらのチェックパターンを参照画像と比較し、レーザー切断機の位置合わせの状態を調節する。本発明の実施形態によれば、レーザー切断機はシート材料から板部品ブランク材を切り取るように配置されている。必要に応じて、板部品に同時に開口を切り抜くようになっている。

本発明の実施形態に係る構造は、形成された板部品のプロファイルパターンの深さを測定する機器を備えている。本発明の好ましい実施形態では、プロファイルパターンの深さはレーザーセンサーで自動的に測定される。プロファイルパターンの深さは、板部品における１点、２点、又はさらに多くの点で容易にチェックすることができる。この測定は、レーザー切断機の前側又は後側で行うことができる。プロファイルパターンの深さが不正確であるときは、装置のロールは自動的に停止可能である。

本発明に係る装置及び構造はさらに、シート材料を巻き解くための必要なデバイス、例えば、リール上にあるもの、及びシート材料を装置に向けて供給し、切断機に向けて前進させる目的のためのローラートラックを備えている。

シート材料は通常は、熱交換器における板のために、鋼鉄、例えばステンレススチールや他の適切な材料からなっている。シート材料の厚みは、通常は０．５〜１．５ｍｍである。

本発明の板部品を作成するための方法及び装置は、現在使われている方法及び装置と比較して多大な利点を有する。一層大きな板部品を作成する場合に特に、圧延加工に要する押圧力は、平面上の加工具と比較すると、かなり減じられる。力の必要性が小さくなることは、ロールとシート材料との間の接触面が、原理的に１本の線になり、そこでは加工するべき面積がわずかであるという事実に基づいている。

本発明に係る板部品を作成するための方法及び装置は、低いプロファイルで大きな板部品を作る製造コストを相当に減少させる。これに加え、製造する板部品の品質を高くするものである。

本発明は、下記の添付した図面を参照してより詳細に説明されるであろう。

本発明の実施形態に係る、板部品ブランク材を作成するための装置を示す。 本発明の実施形態に係るレーザー切断機を示す。 本発明の実施形態に係る、熱交換器のための板部品を作成するための構造を示す。

本発明の方法は、熱交換器のための板部品ブランク材（ｐｌａｔｅ ｐａｒｔ ｂｌａｎｋ）が、図１の装置によって作成できる。本発明の実施形態に係る装置１は、枠部４，４’と、枠部４，４’上の軸受けに取り付けられた２個のロール５，６を備えている。ロール５，６は、それぞれの対向する側にプロファイル作成パターン７，７’，８を備え、プロファイル付き板部品ブランク材３，３’をシート材料２に形成する。シート材料は、図１に示すように連続シートの形態でロール５，６によって搬送される。板部品ブランク材３，３’がロールの間でシート材料２から形成される。図１に示す本発明によれば、板部品ブランク材３，３’はロール５，６の１回の回転の間にシート材料２に形成される。プロファイル作成パターン７，７’，８は通常、ロール５，６の表面に動かないように固定される。

図１に示す装置１のロール５，６は、共通の同期ギヤ９によって互いに同期される。同期ギヤ９は、ディスクパック又はギヤカップリングを有する２本の軸部１０，１１によって、ロール５，６に連結されている。軸部１０，１１の一端がロール５，６に接続され、軸部１０，１１の他端が同期ギヤ９に接続されている。同期ギヤは駆動機構１２、例えば電気モーターを備えている。

本発明の実施形態に係る方法によれば、板部品ブランク材３，３’はシート材料２から切り出される。図２に示すように、板部品の開口１４は同時に、レーザー切断機１３を用いて切り抜かれる。レーザー切断機１３は、切断するべき板部品の位置を判定するカメラ１５を備えている。

図３に、熱交換器のための板部品を作成する本発明の実施形態に係る構造１６を示す。これは、装置１及びレーザー切断機１３を備えている。装置１は板部品ブランク材３，３’，３’’をシート材料の中に作成する。レーザー切断機１３は同じ製造ラインに装置１とともに配置され、レーザー切断機１３の機能は、装置１のロール５，６の回転速度と同期している。

上に詳述した記載を考慮すれば、本発明の多くの変形例は、この分野の当業者にとって、自ずからはっきりするものとなるであろう。そのような自明な変形例は、添付した請求項で意図された全ての権利範囲の中に含まれるものである。

Claims (3)

1. 熱交換器の板部品ブランク材を作成するための方法であって、反対向きの表面を有する連続シートの形態のシート材料が、反対向きの表面パターンを有する２個のロールの間で加工され、前記シート材料に、複数の溝、及び溝の間の複数の突条を有する波形形状の板部品ブランク材を形成する方法であって、
   共通の同期ギヤを用いて相互に回転を制御することで実質的に同じ速度で回転するように前記ロールを同期させ、同期ギヤは、バックラッシュが０．１ｍｍ未満となるようにディスクパック又はギヤカップリングを備えた軸部を用いて前記ロールに連結され、前記ロールの１回転の間に、前記シート材料に、前記熱交換器の波形形状の２個以上の板部品ブランク材が形成され、同様な表面パターンを有する前記板部品ブランク材は、前記ロールの対向する側に、対向して配置されて、前記シート材料の前記反対向きの表面上に、前記波形形状の板部品ブランク材の対応して位置合わせされた反対向きの表面を形成し、さらにチェックパターンが前記板部品ブランク材の両側で前記シート材料に形成され、プロファイル付き板部品ブランク材を持つ前記シート材料は、レーザー切断機に搬送され、前記プロファイル付き板部品ブランク材は前記シート材料から切り取られ、前記レーザー切断機の機能が、前記ロールの回転速度と同期され、前記チェックパターンは、レーザー切断の前に撮影され、切断するべき前記板部品ブランク材の位置は、前記レーザー切断機の位置合わせの状態を判定するために、写真に基づいて判定される、
   方法。
2. 前記ロールの前記表面パターンが前記シート材料の全幅にわたって延びている、請求項１記載の方法。
3. 前記シート材料が、０．５〜１．５ｍｍの厚みを有する、請求項１又は２に記載の方法。

Images