DE2116358A1 - Wärmeübertragungselement und Herstellungsverfahren - Google Patents

Description

P 728

PATENTANWÄLTE
Dr.-lng. KANS RUSCHKE
Dlpl.-Ing. HFiNZA--: JLAR

DEnLlN 33 Aufluste-ViktoHa-Siraöe SS

Peerless of America, Incorporated, Chicago/Illinois (V#3t.v_eA_e)

Wärmeübertragungselement und Herstellungsverfahren

Die Erfindung betrifft Wärmeaustauscher und im besonderen mit Rippen versehene Wärmeaustauscher sowie ein Verfahren zum Herstellen solcher Wärmeaustauscher.

Wärmeaustauscher mit rohrförmigen Gliedern, die mit nach außen vorstehenden Rippen versehen sind, sind an sich bekannt und haben sich als sehr wirksam erwiesen, Die Erfindung stellt jedoch gegenüber diesen Wärmeaustauschern insofern eine Verbesserung dar, als die Rippen an einem rohrförmigen Glied in neuer und besonderer Weise so angeordnet sind, dass sie das rohrförmige Glied gegen eine Verformung als i'olge innerer Drücke wirksam verstärken und versteifen.

Die Erfindung sieht ein Wärmeübertragungselement mit einem rohrförmigen Glied vor, das aufweist eine langgestreckte Wandung, von der in deren JjängserStreckung eine Vielzahl von Kühlrippen in Abständen nach außen vorsteht, deren langgestreckte .basisteile an der genannten Wandung befestigt sind, und die quer

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zur LängserStreckung der Wandung verlaufen, sowie eine Vielzahl von Zinken, die längs der genannten üasisteile in Abständen angeordnet sind und von diesen aus nach außen vorstehen·

Die Erfindung sieht ferner ein Verfahren zum Herstellen von Wärmeübertragungselementen vor, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein langgestrecktes rohrförmiges Glied vorgesehen wird, dessen Wandungsteil in Abständen mit langgestreckten Rippen versehen ist, die in der Längserstreckung des rohrförmigen Gliedes verlaufen, dass von dem einen zum anderen Ende des rohrförmigen Gliedes fortschreitend aus den genannten Hippen und aus den unter diesen liegenden Teilen der Wandung Kühlrippen herausgeschnitten und langgestreckte üasisteile erzeugt werden, die an den Rippen quer zur Längserstreckung des rohrförmigen Gliedes verlaufen und an den darunterliegenden Wandungsteilen direkt angebracht sind, dass an den Basisteilen in Abständen nach außen vorstehende Zinken vorgesehen werden, und dass die Kühlrippen nach außen abgebogen werden, so dass sie von den darunterliegenden Wandungsteilen nach außen vorstehen«,

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben. In den beiliegenden Zeichnungen, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigen, ist die

yigoi eine schaubildliche Darstellung eines Teiles eines er-• findungsgemäßen Wärmeaustauschelementes,

fig.2 ein Längsschnitt durch das Wärmeaustauschelement im wesentlichen nach der Linie 2-2 in der 3?ig.1,

Mgo3 ein Querschnitt durch das Wärmeaustauschelement im wesentlichen nach der Linie 3-3 in der Fig.1,

i!^lig_o4 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Jj'ig_e5 eine vergrößert gezeichnete Darstellung eines Teiles des in der Pigo4 dargestellten Wärmeaustauschers,

j'ig.6 eine Schnitt zeichnung im wesentlichen nach der Linie 6-6 in der Fig.5 und die

Pig.7 eine Schnittzeichnung im wesentlichen nach der Linie 7-7 in der Fig,4.

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Das Wärmeaustauschelement ist in den Figuren 1-3 als ein Endteil eines langgestreckten rohrförmigen Gliedes 2 dargestellt.

Wie später noch ausführlich beschrieben wird, wird das Wärmeaustauschelement 1 vorzugsweise aus einem genügend langen Stück eines rohrförmigen Materials, ζ·Β* aus dem rohrförmigen Glied (Fig.2) in der Weise hergestellt, dass die Bearbeitung von dem einen Endteil α des rohrförmigen Gliedes 2 in Richtung zum anderen Ende ±$ durchgeführt wird, und dass der Wärmeaustauscher vom übrigen Teil. B-C des rohrförmigen Gliedes 2 nach Beendigung der Herstellung eines Wärmeaustauschers mit der gewünschten .bange gleich der Länge A-B abgeschnitten wird.

Das Wärmeaustauschelement 1 weist allgemein einen rohrförmigen Körperteil 2a auf, von dem langgestreckte Kühlrippen 3 nach außen abgehen, von denen jede Kühlrippe 3 einen langgestreckten Basisteil 4- aufweist, von dem aus sich eine Anzahl von Zinken 5 an der einen Längskante nach außen erstrecken, wie in der Fig»1 dargestellt.

Wie aus den Zeichnungen zu ersehen ist, weist das rohrförmige Glied 2 einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt bei einer oberen Wandung 6 und einer zu dieser parallelen unteren Wandung 7 und mit Seitenwandungen 8 und 9 auf, die allgemein senkrecht zu den Wandungen 6 und 7 verlaufen. Das rohrförmige Glied 2 umschließt einen Kanal 10. Obwohl das in den Figuren 1-3 dargestellte rohrförmige Glied 2 einen rechteckigen Querschnitt und einen einzelnen Kanal 10 aufweist, so können jedoch anders ausgestaltete Querschnitte und mehr als ein Kanal vorgesehen werden. Die Erfindung ist daher auf die dargestellte Ausf uhrungsform nicht beschränkt.

Bei dem in den Zeichnungen dargestellten Wärmeaustauscher stehen die Kühlrippen 3 von der Außenseite der beiden Wandungen 6a, 7a (irig,2) aus nach außen vor, die aus den Wandungen 6 und des rohrförmigen Gliedes 2 herausgearbeitet sind, wie später noch beschrieben wird. Die Kühlrippen 3 verlaufen an den betreffenden Wandungen 6a und 7a im wesentlichen quer zur Längserstreckung des rohrförmigen Körperteiles 2a, wobei jede Kühlrippe 3 einen üasisteil 4 aufweist, an den sich ein unterer

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Längskantenteil 11 anschließt und einen Teil der zugehörigen Wandung 6a oder 7a bildet. Jeder Basis teil 4 geht von der betreffenden Wandung 6a oder 7a vorzugsweise senkrecht ab, wobei die Zinken 5 von der Längskante des Basisteiles 4 aus und vom Körperteil 2a aus nach außen vorstehen. Wie aus der Fig«2 zu ersehen ist, weisen alle Zinken 5 eine sieh vom Basisteil 4 nach außen neigende Fläche 12 auf, wodurch ein verbreiteter Teil 13 gebildet wird, sowie eine weitere Fläche 14, die sich vom breiteren Teil 13 aus nach innen neigt, so dass die Zinke 5 außen in einer dünnen Kante 15 endet.

Das rohrförmige Glied 2, aus dem der in der Fig«>1 dargestellte Wärmeaustauscher hergestellt wird, kann aus jedem geeigneten Material, ζ·Β. aus Aluminium bestehen und weist an der Außenseite der Seitenwandungen 6 und 7 eine Vielzahl von nach außen vorstehenden Rippen 16 auf, die parallel zu einander in der Längserstre ckung des rohrförmigen Gliedes 2 verlaufen.

Bei der Herstellung des Wärmeaustauschers 1 muss zuerst ein rohrförmiges Glied 2 mit den sich über die gesamte Länge hinweg erstreckenden Hippen 16 angefertigt werden. Danach werden die Kühlrippen 3 fortschreitend an den Seitenwandungen 6 und 7 z.B. vom Endteil A des rohrförmigen Gliedes 2 ausgehend zum anderen Ende B (Fig.2) geformt. Die Rippen 3 können aus den Wandungen 6 und 7 mittels eines geeigneten Schneidwerkzeuges herausgeschnitten oder herausgearbeitet werden, welches Schneidwerkzeug nach der Fig<»2 zuerst an den Rippen 16 einen Schnitt nach rechts ausführt, wobei die Fläche 17 erzeugt wird, die nach der Fig«2 am unteren Ende an der Basis 18 der Rippen 16 endet, wobei das Schneidwerkzeug dann den Schnitt fortsetzt längs des Teiles 19 der Wandung 6 oder 7 unterhalb der Rippen 16, wobei die Fläche 20 erzeugt wird (Fig.2), Die aus dem Körperteil 2 herausgearbeitete Kühlrippe 3 wird dann nach außen und vorzugsweise senkrecht zur Ebene der Wandung 6 oder 7 abgebogen. Hierbei erhält jede Kühlrippe» nach dem Herausarbeiten der ersten Kühlrippe die in der Fig.2 dargestellte Form. Wenn gewünscht, kann nach beendeter Herstellung der Kühlrippen 3 der Körperteil 2 nach links (Fig«2) abgeschnitten werden, und zwar links von der nicht dargestellten ersten kühlrippe, so dass alle Kühlrippen 3 am fertigen

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Erzeugnis die genannte tform aufweisen·

nachdem am rohrförmigen Glied 2, ζ.Bo in der Länge A-G die Kühlrippen 3 hergestellt worden sind, kann das rohrförmige Glied 2 quer zur Längserstreckung, ZoB· an der Stelle C durchgeschnitten werden, so dass das fertige Wärmeaustauschelement in der vollen Länge die Kühlrippen 3 aufweist. Wenn gewünscht _t kann mit der Herstellung der Kühlrippen 3 natürlich auch einwärts vom Bndteil a des rohrförmigen Gliedes 2 begonnen werden, und das rohrförmige Glied 2 kann dann nach der Pig·2 links von der letzten hergestellten Kühlrippe 3 durchgeschnitten werden, wobei Endteile gebildet werden die von den am weitesten außen gelegenen Kühlrippen 3 nach außen vorstehen und an beiden Enden des fertigen Wärmeaustauschers Verbindungsglieder bilden. Bei dieser nicht dargestellten letztgenannten Ausgestaltung liegen die Rippen 16 des rohrförmigen Gliedes 2 außerhalb der genannten am weitesten außen gelegenen Kühlrippen und werden durch geeignete Mittel vorzugsweise entfernt, ζ·Β* durch Abschleifen, so dass der fertige Wärmeaustauscher gl_attwandige Endteile aufweist.

Die .figuren 4-7 zeigen eine abgeänderte Ausführung eines erfindungsgemäßen Wermeaustauschers 101, wobei in den figuren die einander gleichen oder entsprechenden Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Bei dem in der Pig.4 dargestellten Wärmeaustauscher 101 wurde der rohrförmige Köfperteil 102a schlangenlinienförmig gebogen und weist daher die gekrümmten Teile 21 auf. Die von den entgegengesetzten Seitenwandungen 6a und 7a des rohrförmigen Körperteiles 102a nach außen vorstehenden Kühlrippen 3 sind in der für den Wärmeaustauscher 1 bereits beschriebenen Weise hergestellt, wobei das rohrförmige Glied 102, aus dem der rohrförmige Körperteil 102a hergestellt wird, sich in einem im wesentlichen geradegerecktem Zustand befand, während die Kühlrippen 3 mit Abstand von den Enden α und ΰ des rohrförmigen Gliedes 102 und damit die Endteile 22 und 23 hergestellt wurden, die als Verbindungsglieder an jedem Ende des fertigen Wärmeaustauschers

101 dienen. Wenn gewünscht, können die am rohrförmigen Glied

102 in der ursprünglichen Form vorhandenen Rippen 16 von den Endteilen 23 und 22 entfernt werden, so dass der Wärmeaustauscher

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101 an jedem Ende ein glattwandiges Verbindungsglied aufweist.

Die Kühlrippen 3 können jede gewünschte und geeignete Dicke aufweisene Bei einem Wärmeaustauscher von der in den Figuren 4-7 dargestellten Ausführung beträgt die Dicke der Kühlrippen vorzugsweise 0,25 bis 0,75 mm bei einem Abstand von 1,6 mm bis 8,4 mm der Rippen von einander.

nachdem das rohrförmige Glied 102 mit den an diesem hergestellten Künlrippen 3 schlangenförmig gebogen worden ist, wie in der Fig.4 dargestellt, so können die Kühlrippen 3 an der Innenseite der zurückgekrümmten Teile 21 durch Bürsten oder auf eine andere geeignete Weise zusammengelegt werden, wie bei 24 dargestellt. Hierbei liegen die Kühlrippen 3 an der Innenseite der gekrümmten Teile 21 an einander an und bilden eine Öffnung in den gekrümmten Teilen 21» Bei dieser Konstruktion können beiderseits des rohrförmigen Körperteiles 102 Klammern 26, 27 und 28, 29 vorgesehen werden, die parallel zu einander verlaufen und z.B₀ durch Bolzenschrauben 30 mit einander verbunden werden, die durch die Öffnungen 25 in den gekrümmten Teilen 21 hindurchgeführt sind und die Klammern an einander befestigen«,

Die quer zur iiängs erst reckung des rohrförmigen Gliedes 102 verlaufenden Kühlrippen 3 wirken als Verstärkungsstreben, die ein Zusammendrücken oder Einknicken des rohrförmigen Gliedes beim Biegen der Krümmungen 21 verhindern, selbst wenn in den rohrförmigen Gliedern keine inneren Hippen vorgesehen sind.

Bei der in den Figuren 6 und 7 dargestellten Ausführungsform weist der rohrförmige Körperteil 102a mehrere in der Längserstreckung verlaufende Kanäle 31 auf<» Die die Kanäle 31 von einander trennenden Wandungen 32 wirken gleichfalls einem Zusammendrücken oder Einknicken des rohrförmigen Körperteiles 102a beim üiegen der Krümmungen 21 entgegen. Solche Wandungen sind jedoch für die Erfindung nicht wesentlich, so dass der Wärmeaustauscher 101 auch aus einem rohrförmigen Glied mit nur einem Kanal hergestellt werden kann, wie in den Figuren 1-3 dargestellt.

Der in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellte Wärmeaustauscher 1 weist Kühlrippen 3 auf mit sekundären

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Wärmeübertragungsflächen, welche Kühlrippen verhältnismäßig dünn sind und Spitzen und Kanten aufweisen, so dass eine höchst wirksame Wärmeübertragung zwischen dem Wärmeaustauscher 1 und der Umgebungsluft oder einem den Wärmeaustauscher umgebenden Arbeitsmedium erfolgt.

Ferner bewirken diejenigen Teile des Wärmeaustauschers, an denen die Zinken angebracht sind nicht nur eine gute Wärmeübertragung zu und von den Zinken sondern stellen auch eine wirksame Querverstärkung und -versteifung des rohrförmigen Körperteiles des Wärmeaustauschers dar·

Wie aus der vorstehenden Beschreibunghervorgeht, ist der Wärmeaustauscher nach der Erfindung im Betrieb praktisch und wirksam und kann ohne Schwierigkeiten leicht und wirtschaftlich hergestellt werden.

An den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung können von Sachkundigen selbstverständlich Änderungen, Abwandlungen und Ersetzungen vorgenommen werden. Die Erfindung selbst wird daher nur durch die beiliegenden Patentansprüche abgegrenzt.

Patentansprüche

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Claims (1)

1. Patent ansprüche

   Wärmeübertragungselement mit einem rohrförmigen Glied, das eine langgestreckte Wandung und eine Vielzahl von in Abständen an der Wandung in deren LängserStreckung angeordneten Kühlrippen, die von der Wandung aus nach außen vorstehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen (3) langgestreckte iSasisteile (4) aufweisen, die an der Wandung (6,7) angebracht sind und quer zu deren Längserstreckung verlaufen, und dass von den Basisteilen (4) eine Vielzahl von Zinken (5) in Abständen und in deren Längserstreckung nach außen vorstehen.

   2· Wärmeübertragungs element nach Anspruch 1, dessen rohrförmiges Glied schlangenlinienförmig ausgestaltet ist und zurückgekrümmte Teile aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen (3) von der Außen- und der Innenseite der zurückgekrümmten Teile aus nach außen vorstehen, wobei die Kühlrippen an der Innenseite dicht zusammengelegt sind, so dass die zurüekgekrümmten Teile Öffnungen (25) aufweisen.

   ο Wärmeübertragungselement nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Klammern (26-29)* die beiderseits der zurüekgekrümmten Teile angebracht sind, und durch üefestigungsglieder (30), die durch die Öffnungen in den zurüekgekrümmten Teilen hindurchgeführt sind und die Klammern an einander befestigen.

   ο Wärmeübertragungselement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Kühlrippen (3) nicht wesentlich weniger als 0,25 mm und nicht wesentlich mehr als 0,75 mm beträgt.

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   5· Wärmeübertragungselement nach, einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Basisteil (4-) mit der Wandung einstückig hergestellt ist und eine langgestreckte Außenkante aufweist, und dass die Zinken an Jedem 13as is teil von der Längskante aus nach außen vorstehen und mit dem zugehörigen Basisteil einstückig hergestellt sind.

   6· Wärmeübertragungselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zinken (5) an den von dem betreffenden Basisteil (4) entfernt gelegenen Seiten in einer dünnen Kante enden, vom betreffenden Basisteil sich nach außen (12) neigen und einen verbreiterten Teil (13) bilden, und sich vom verbreiterten Teil aus nach innen (H) zur dünnen Kante hin neigen,

   7. Verfahren zum Herstellen des Wärmeübertragungselementes nach Anspruch 1, wobei ein langgestrecktes rohrförmiges Glied mit einem Wandungsteil vorgesehen wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf Abstand stehende langgestreckte und in der iiängserstreckung des Wandungsteiles des rohrförmigen Gliedes verlaufende Eippen geformt werden, dass von dem einen Endteil des langgestreckten Gliedes zum anderen Endteil fortschreitend aus den Eippen und dem unter diesen gelegenen Wandungsteil Kühlrippen herausgeschnitten werden, wobei langgestreckte Basisteile erzeugt werden, die über eine Anzahl von Rippen hinweg und quer zur Längserstreckung des rohrförmigen Gliedes verlaufen, dass an den Basisteilen in Abständen nach außen vorstehende Zinken vorgesehen werden, und dass die Kühlrippen abgebogen werden, so dass sie von

   den unter den Kühlrippen gelegenen Wandungsteilen aus nach außen vorstehen.

   8β Verfahren nach Anspruch 7, wobei das rohrförmige Glied einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt und zwei entgegengesetzte in der längserstreckung verlaufende Seiten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen an beiden genannten Seiten des rohrförmigen Gliedes so erzeugt werden, daes deren Basisteile quer und im wesentlichen

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   über die gesamte Breite der betreffenden Seiten hinweg verlaufen, dass die Breite der Zinken gleich der Breite der
   Kühlrippen ist, und dass der Abstand der Zinken von einander in der Längserstreckung der Basisteile gleich dem Abstand der Kühlrippen von einander ist»

   9β Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Glied nach dem Herstellen der Kühlrippen
   zurückgekrümmt wird, so dass die Krümmung an der Innen- und Außenseite Kühlrippen aufweist, und dass die Kühlrippen an
   der Innenseite der Krümmungen fest zusammengedrückt werden, so dass die Krümmung eine Öffnung aufweist, durch die ein
   Befestigungsglied hindurchgeführt werden kann.

   10o Verfahren nach Anspruch 7t 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Glied im Innern mit Verstärkungsrippen versehen wird«

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