DE2241407B2

DE2241407B2 - Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscherelements

Info

Publication number: DE2241407B2
Application number: DE2241407A
Authority: DE
Inventors: Stephen F. Park Ridge Ill. Pasternak (V.St.A.)
Original assignee: Peerless of America Inc
Current assignee: Peerless of America Inc
Priority date: 1971-08-27
Filing date: 1972-08-23
Publication date: 1978-10-12
Also published as: GB1351105A; DE2241407C3; DE2241407A1; CA952097A; JPS5310297B2; US3746086A; JPS4857242A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei dem bekannten Verfahren (US-PS 32 02 212) wird ein Wärmetauscherelement erzeugt, bei dem die Finnen benachbarter Stege in Querrichtung über ihre ganze Länge miteinander fluchtend angeordnet sind. Somit bilden zwei in Längsrichtung aufeinanderfolgende Querreihen zwischen sich einen durchgehenden und ungestörten Durchlaß, der praktisch kein Hindernis für ein Hindurchtreten des Mediums bildet, so daß entsprechend wenig oder kaum Verwirbelungen auftreten werden, was zu einem entsprechend geringen Wirkungsgrad im Hinblick auf die gewünschte Wärmeübertragung führt

Einen ähnlichen Stand der Technik bildet der Gegenstand der US-PS 23 27 757. Dort wird jedoch bereits die Finne eines Stegs gleichzeitig mit den in Querrichtung benachbarten, einzelnen Finnen der restlichen Stege geschnitten und mit dem Schnitt fortschreitend gebogen. Dies vereinfacht zwar die Herstellung der Finnen und damit des Wärmetauschers, ändert jedoch nichts an der bereits beschriebenen Anordnung der Finnen, so daß auch hier der s Wirkungsgrad vergleichsweise gering bleiben muß.

Demgegenüber liegt der Anmeldung die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren so auszugestalten; daß eine Verbesserung des Wirkungsgrades erreicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß das im Kennzeichen des Anspruchs 1 Erfaßte vorgeschlagen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieses Verfahrens ist im Anspruch 2 erfaßt

ts Zur Durchführung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, deren erfinderische Ausgestaltung sich aus dem Anspruch 3 ergibt Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 4 bis 6 gekennzeichnet

Die Erfindung und Ausführungsbeispiele derselben werden im folgenden anhand von Figuren näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 perspektivisch ein Stück eines

Wärmetauscherelemente,

F i g. 2 einen Teil des in F i g. 1 dargestellten Stücks eines Wärmetauscherelmenets in einer Seitenansicht,

F i g. 3 einen vergrößerten und etwas vereinfachten Teilschnitt längs der Linie 3-3 in F i g. 1,

F i g. 4 in einer F i g. 1 ähnelnden perspektivischen Darstellung eine abgeänderte Ausführungsform eines Wärmetauschers und

F i g. 5 einen Teil des Wärmetauscherelements nach F i g. 4 in einer Seitenansicht.

In F i g. 1 bis 3 ist ein insgesamt mit 1 bezeichnetes Wärmetaiuscherelement nach der Erfindung als Endabschnitt eines langgestreckten, rohrförmigen Bauteils 2 dargestellt, um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zu zeigen und ein bevorzugtes Verfahren zum

■»o Herstellen eines solchen Wärmetauschers zu veranschaulichen.

Wie im folgenden näher erläutert, wird das Wärmetauscherelement 1 vorzugsweise aus einem die gewünschte Länge aufweisenden Stück eines rohrförmigen Ausgangsmaterials 2 hergestellt, dessen Bearbeitung von dem einen Endabschnitt A aus gemäß F i g. 1 in Richtung auf das andere Ende B fortschreitet, woraufhin der Wärmetauscher von-dem sich zwischen den Punkten B und C erstreckenden Abschnitt des rohrförmigen

Bauteils oder Werkstücks 2 abgetrennt wird, sobald der

herzustellende Wärmetauscher die gewünschte Länge erreicht hat, die z. B. der Strecke zwischen den Punkten

A und Centspricht Das fertige Wärmetauscherelement 1 weist allgemein

gesprochen einen langgestreckten, rohrförmigen Hauptkörper 3 auf, von dem aus langgestreckte Rippen 4, 5 und 6 nach außen ragen, die Reihen von Rippen bilden, welche sich an langgestreckte, nach außen vorspringende Stege 7, 8 und 9 anschließen, die durch Querabstände getrennt sind und sich parallel zur Längsachse des rohrförmigen Bauteils 2 erstrecken. Jede der Rippen 4, 5 und 6 setzt sich aus einem langgestreckten Basisabschnitt 10 und einem freien äußeren Endabschnitt 11 zusammen. Wie im folgenden näher erläutert, werden die Rippen 4, 5 und 6 aus dem Werkstoff des rohrförmigen Bauteils 2 gebildet, und die Basisabschnitte 10 der Rippen hängen mit dem benachbarten, darunterliegenden Teil des rohrförmigen

Hauptkörpers 3 des fertigen Wärmetauschers zusammen.

Gemäß F i g. 1 hat das rohrförmige Bauteil 2 eine im wesentlichen rechteckige Querschnittsform mit einer oberen Wandfläche 12, einer dazu im wesentlichen parallelen unteren Wandfläche 13 und zwei voneinander abgewandten seitlichen Wandflächen te und 15, welch letztere sich zwischen den Längskanten der Wandflächen 12 und 13 und im wesentlichen im rechten Winkel dazu erstrecken. Das rohrförmige Bauteil 2 weist sich in der Längsrichtung erstreckende öffnungen oder Durchlässe 16 auf. Zwar ist in F i g. 1 bis 3 ein rohrförmiges Bauteil von rechteckiger Querschnittsform dargestellt, das mehrere solche öffnungen oder Kanäle 16 aufweist, doch handelt es sich hierbei lediglich um ein Beispiel, denn man könnte im Rahmen der Erfindung auch rohrförmige Bauteile verwenden, die keinen rechteckigen Querschnitt haben und nur einen einzigen sich in der Längsrichtung erstreckenden Kanal aufweisen.

Das rohrförmige Bauteil 2, aus dem der Wärmetauscher 1 hergestellt wird, kann aus einem beliebigen, dem Verwendungszweck entsprechenden Werkstoff, z. B. Aluminium, bestehen, und zusätzlich zu den drei gegenüber der oberen Wandfläche 12 nach oben ragenden Stegen 7, 8 und 9 sind vorzugsweise drei weitere ähnliche Stege 17, 18 und 19 vorhanden, die gegenüber der unteren Wandfläche 13 nach außen ragen.

Soll ein Wärmetauscher 1 hergestellt werden, kann man zuerst das rohrförmige Bauteil 2 herstellen, bei dem sich die Stege 7 bis 9 und 17 bis 19 über seine ganze Länge erstrecken. Danach können die von den Rippen 4, S und 6 jeweils gebildeten Querreihen an den Stegen 7, 8 und 9 nacheinander ausgebildet werden, wobei dieser Vorgang vom einen Ende A des rohrförmigen Bauteils aus in Richtung auf das andere Ende B fortschreitet Die Rippen 4, 5 und 6 können aus den Stegen 7, 8 und 9, gegenüber denen sie nach außen ragen, z. B. mit Hilfe des in F i g. 1 dargestellten Schneidwerkzeug 20 herausgeschnitten oder herausgemeißelt werden.

Das Schneidwerkzeug 20 besitzt drei langgestreckte Schneidflächen 21, 22 und 23, die in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise nebeneinander angeordnet sind und sich gegenüber den Stegen 7, 8 und 9 in der Längsrichtung bewegen lassen. Die beiden Schneidflächen 21 und 23, die die beiden äußeren Schneidflächen des Werkzeugs 20 bilden, liegen in einer gemeinsamen gekrümmten Fläche. Die an den unteren Enden der Schneidflächen 21, 22 und 23 ausgebildeten Schneiden 24 erstrecken sich vorzugsweise entlang einer gemeinsamen geraden Linie quer zur Längsachse des Bauteils 2.

Bei dem Schneidwerkzeug 20 ragt die zwischen den Schneidflächen 21 und 23 angeordnete Schneidfläche 22 gemäß F i g. 1 gegenüber der zugehörigen Schneide 24 weiter nach rechts als die Schneidflächen 21 und 23, so daß der Hauptteil der Schneidfläche 22 gegenüber den Schneidflächen 21 und 23 in der Richtung, in der sich das Schneidwerkzeug während eines Schneidvorgangs bewegt (gemäß F i g. 1 von links nach rechts), nach vorn versetzt ist Die Schneidflächen 21,22 und 23 haben eine solche Breite und sind relativ zueinander so angeordnet, daß sich jede Schneidfläche während einer Schneidbewegung des Werkzeugs 20 längs des zugehörigen Stegs der drei vorhandenen Stege bewegt

Während des Gebrauchs führt das Schneidwerkzeug 20 mehrere Schneidhübe nacheinander so aus. daß die Bearbeitung des Bauteils 2 von dem Ende A in Richtung auf das Ende B fortschreitet und daß die Schneidflächen 21,22 und 23 aus den Stegen 7,8 und 9 jeweils Rippen 4 bzw. 5 bzw. 6 herausschneiden und nach oben umbiegen. Gemäß F i g. 3, wo der Steg 8 zusammen mit einer der zugehörigen Rippen 5 schematisch dargestellt ist, werden die Rippen 4, 5 und 6 aus den zugehörigen Stegen 7, 8 und 9 dadurch gebildet, daß die Schneidflächen 21, 22 und 23 veranlaßt werden, sich längs aufeinanderfolgender paralleler Bahnen zu bewegen, wie es in F i g. 3, z. B. bezüglich des Stegs 8 durch die Bahnen 25 und 26 angedeutet ist Während sich die Schneiden 24 längs dieser aufeinanderfolgenden Bahnen schräg nach unten bewegen, biegen die Hauptteile der Schneidflächen 21, 22 und 23 das von den darunterliegenden Stegen 7,8 und 9 abgeschnittene Metall so nach oben um, daß die entstehenden Rippen 4, 5 und 6 gegenüber dem Bauteil 2 nach außen ragen. Da die aufeinanderfolgenden Schnittlinien 25 und 26 entlang den oberen Flächen der Rippen 7,8 und 9 in Abständen verteilt sind, entstehen nach dem Erzeugen der ersten Rippen 4,5 und 6 auf den Stegen 7,8 und 9 anfänglich an den äußeren Enden jeder der Rippen 4,5 und 6 geneigte Endabschnitte, die dem in Fig.3 gezeigten Endabschnitt 27 ähneln. Jedoch bewirkt der Schneidvorgang, daß die Rippen 4, 5 und 6 in der Längsrichtung zusammengedrückt werden, so daß die Abschrägung 27 in der Praxis im wesentlichen verschwinden und Rippen entstehen, die die übliche Dicke haben, so daß die äußeren Enden der Rippen 4, 5 und 6 ähnlich der Darstellung in F i g. 1 und 2 relativ glatte Seitenflächen erhalten.

Wie erwähnt, ist der Hauptteil der Schneidfläche 22 gegenüber den Hauptteilen der Schneidflächen 21 und 23 nach vorn versetzt. Beim Bilden der Rippen 4,5 und 6 erstrecken sich zwar die Basisabschnitte 10 der einander in der Querrichtung unmittelbar benachbarten Rippen 4, 5 und 6 in den einander benachbarten Längsreihen jeweils entlang einer gemeinsamen geraden Linie quer zu den Stegen 7,8 und 9, doch ragen die freien äußeren Endabschnitte 11 jeder der Rippen 5 auf dem mittleren Steg 8 von dem Ende ödes rohrförmigen Bauteils 2 aus betrachtet weiter nach vorn in Richtung auf das Ende A als die Rippen 4 und 6 auf den Stegen 7 und 9.

Bei dieser Ausführungsform des Wärmetauschers 1 ragen die freien Endabschnitte 11 der Rippen 5 jeder zweiten der Rippenreihen auf den Stegen 7 bis 9 gegenüber den Rippen 4 und 6, die ihnen in der Querrichtung auf beiden Seiten unmittelbar benachbart sind, weiter nach vorn, so daß sie Hindernisse bilden, die sich quer zu den Kanälen erstrecken, welche zwischen den Rippen 4 und 6 vorhanden sind, die längs des Hauptkörpers 3 in Abständen verteilt sind. Diese Konstruktion führt zu einer Erhöhung des statischen Druckabfalls in dem Wärmetauscher 1, wenn Luft quer zur Längsachse der Fläche strömt, gegenüber der die Rippen 4,5 und 6 nach außen ragen. Ferner führt diese Anordnung zu einer Steigerung der Turbulenz der an dem Wärmetauscher vorbeitströmenden Luft sowie zu einer Erhöhung der Wärmeübertragungsleistung des Wärmetauschers beim Gleiten über die genannte Fläche strömenden Luftvolumens im Vergleich zu einem Wärmetauscher, bei der die einander in der Querrichtung unmittelbar benachbarten Rippen sämtlich jeweils in einer gemeinsamen Fläche liegen.

Nachdem das rohrförmige Bauteil 2 längs der gewünschten Strecke, z. B. der Strecke A-Q mit Rippen 4, 5 und 6 versehen worden ist kann man das

rohrförmige Bauteil am Punkt C in der Querrichtung durchschneiden, so daß man ein fertiges Wärmetauscherelement erhält, über dessen ganze Länge Rippen 4,5 und 6 verteilt sind. Gemäß F i g. 1 bis 3 weist der gezeigte Wärmetauscher 1 nur Rippen 4, 5 und 6 auf, die nur gegenüber der oberen Wandllache 12 nach außen vorspringen, und in der Praxis könnte man einen Wärmetauscher auch in dieser Weise ausbilden. Gegebenenfalls könnte man jedoch das rohrförmige Bauteil 2 an anderen Wandflächen, z. B. den Stegen 17, 18 und 19 auf der unteren Wandfläche 13, mit den Rippen 4,5 und 6 ähnelnden Rippen versehen.

In Fig.4 und 5 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers dargestellt. Die Teile dieses Wärmetauschers, die in F i g. 1 bis 3 dargestellten Teilen entsprechen, sind jeweils mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, während Teile, die in F i g. 1 bis 3 gezeigten Teilen nur ähneln, jedoch als Ersatz für sie vorgesehen sind, mit den gleichen Bezugszahlen, jedoch unter Beifügung des Buchstabens a, bezeichnet sind.

Der Wärmetauscher la nach Fig.4 und 5 ist allgemein ebenso ausgebildet wie derjenige nach F i g. 1 bis 3, abgesehen davon, daß die Basisabschnitte 10 der Rippen 4 und 6 auf den Stegen 7 und 9 nicht in Querrichtung mit den Basisabschnitten 10a der Rippen 5a auf dem Steg 8 stehen.

Bei dem Schneidwerkzeug 20a ist die gesamte Schneidfläche 22a mit der zugehörigen Schneide 24a gegenüber den Schneidflächen 21 und 23 in der Schnittrichtung nach vorn versetzt. Die Schneidfläche 22a springt gegenüber den Schneidflächen 21 und 23 nach vorn vorzugsweise über die Hälfte des Längsabstandes zwischen benachbarten Rippen 4 und 6 vor, die über die Länge der Stege 7 und 9 verteilt sind, so daß die einander in der Querrichtung unmittelbar benachbarten Rippen 4 und 6 auf den Stegen 7 und 9 jeweils in gemeinsamen Flächen liegen, während die ihnen benachbarten Rippen 5a auf dem Steg 8 in der Mitte zwischen diesen Rippen angeordnet sind.

Bei dieser Ausführungsform werden die Querkanäle, die sich zwischen einander benachbarten Paaren von Rippen 4 und 6 erstrecken, welche entlang den Stegen 7 und 9 in Abständen verteilt sind, durch die in der Mitte dazwischen angeordneten Rippen 5a teilweise blockiert, so daß sich verengende, gewundene Strömungswege vorhanden sind, die sich zwischen den Rippen 4,5a und 6 quer zur Längsachse des Wärmetauschers la erstrecken.

Zwar sind bei den dargestellten Wärmetauschern 1 und la jeweils nur drei Reihen von Rippen vorhanden, doch sind diese Ausführungsformen nur als Beispiele zu betrachten; mit anderen Worten, es können gemäß der Erfindung Wärmetauscher hergestellt werden, die eine größere Anzahl von mit Rippen versehenen Stegen aufweisen, welche in Abständen quer zur Längsachse verteilt sind. Ferner ist es im Rahmen der Erfindung gegebenenfalls möglich, die Rippen nicht zu miteinander abwechselnden Reinen zu vereinigen, sondern z. B. jeweils Paare von Rippenreihen oder andere Gruppierungen vorzusehen, bei denen die Rippen in der Längsrichtung gegeneinander versetzt sind.
Durch die Erfindung ist ein neuartiger Rippenwärmetauscher geschaffen worden, der sich in der Praxis als zweckmäßig erweist, mit einem hohen Wirkungsgrad arbeitet und sich leicht und mit geringen Kosten herstellen läßt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscherelements in Form eines zwei Enden aufweisenden Rohrs, insbesondere eines Rechteckrohrs, dessen Wandung eine Anzahl von zueinander parallelen, in Längsrichtung und im Abstand voneinander angeordneten Stegen aufweist, aus deren Material Finnen herausgearbeitet und, an ihrer Basis mit den Stegen verbunden bleibend, von diesen weg gebogen sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Arbeitstakt jeweils eine einzelne Finne von jedem Steg gleichzeitig mit den in Querrichtung benachbarten, einzelnen Finnen der restlichen Stege geschnitten und mit dem Schnitt fortschreitend derart gebogen wird, daß nach dem Biegen der Finnen die Enden von in Querrichtung jeweils benachbarten Finnen einen unterschiedlichen Abstand von den Enden des Rohrs aufweisen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnitt derart angesetzt wird, daß die Basen von in Querrichtung jeweils benachbarten Finnen bei Beendigung des Schnitts einen unterschiedlichen Abstand von den Enden des Rohrs aufweisen.

3. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Schneidwerkzeug, gekennzeichnet durch eine der Anzahl von gleichzeitig zu bearbeitenden Stegen (7,8,9) entsprechende Anzahl von gegenüber den Stegen ausgerichteten Schneiden (24, 24a) mit gekrümmten, die Finnen (4, 5, 5a, 6) abspaltenden Schneidflächen (21, 22, 22a, 23).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidflächen (21, 22, 22a, 23) jeweils benachbarter Schneiden (24, 24a) des Werkzeugs (20) unterschiedlich gekrümmt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneiden (24, 24a) miteinander fluchten.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils benachbarter Schneiden (24, 24a,) des Werkzeugs (20a) in Längsrichtung der Stege (7,8,9) zueinander versetzt sind.