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EP0131594B1 - Rippenkörper mit hohlrippen und verfahren sowie maschine zu dessen herstellung - Google Patents

Rippenkörper mit hohlrippen und verfahren sowie maschine zu dessen herstellung Download PDF

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Publication number
EP0131594B1
EP0131594B1 EP84900383A EP84900383A EP0131594B1 EP 0131594 B1 EP0131594 B1 EP 0131594B1 EP 84900383 A EP84900383 A EP 84900383A EP 84900383 A EP84900383 A EP 84900383A EP 0131594 B1 EP0131594 B1 EP 0131594B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rib
hollow
mouldings
flow
corrugations
Prior art date
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Expired
Application number
EP84900383A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0131594A1 (de
Inventor
Hermann Wild
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zschokke Wartmann AG
Original Assignee
Zschokke Wartmann AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zschokke Wartmann AG filed Critical Zschokke Wartmann AG
Priority to AT84900383T priority Critical patent/ATE21465T1/de
Publication of EP0131594A1 publication Critical patent/EP0131594A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0131594B1 publication Critical patent/EP0131594B1/de
Expired legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
    • H01F27/10—Liquid cooling
    • H01F27/12—Oil cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/02—Casings
    • H01F27/025—Constructional details relating to cooling

Definitions

  • the invention relates to a rib body made of a one-piece sheet metal, in particular for a transformer tank, in which spaced, parallel hollow ribs are formed, the legs of which are closed on the end faces between the rib back and the webs connecting the legs of adjacent ribs, a method and a machine for the production of this rib body.
  • Rib bodies with hollow ribs are required to a considerable extent, in particular for the manufacture of transformer tanks.
  • a cooling liquid usually a mineral oil.
  • the arrangement of cooling fins in the fin bodies serves to dissipate the heat generated by the transformer to a sufficient extent to the ambient air.
  • hollow ribs of great height are formed in the rib bodies.
  • the ribbed bodies In order to be able to withstand the mechanical stresses that occur during operation, the ribbed bodies must have sufficient strength and stability.
  • the walls of the hollow ribs are stiffened by inserting metal rods between the walls of each hollow rib and welding them to the walls.
  • This solution is relatively complex since, in addition to the press for folding the ribs, an insertion device for the metal rods and a welding device are required.
  • the walls of the hollow ribs are reinforced by beads which are embossed in the rib body made of a metal strip before the ribs are folded.
  • an additional device with a corresponding space requirement is required for embossing the beads, it is also necessary to control this device in such a way that the beads are embossed in the correct place, for which a correspondingly high outlay is required.
  • the walls of hollow ribs are also stiffened by beads. These beads are also intended to achieve better guidance of the cooling liquid and thus better cooling. But even in this embodiment, the effort to manufacture the beads is expensive because the beads must be stamped in at certain points, which requires appropriate control of the device for stamping the beads.
  • the stiffeners in so far as they are elongated beads or stiffening parts, are arranged parallel to the rib back and thus parallel to the flow in order to thereby offer the smallest possible obstacle to the flow.
  • the rib body 1 shown in FIG. 1 is made, for example, from a strip plate and has any number of hollow ribs of relatively great height.
  • the hollow ribs 2 have two legs 3, which on the one hand form a rib back 4 at one end and, on the other hand, are connected at the other end by webs 5 to the legs 3 of the adjacent hollow rib 2.
  • the legs 3 of the hollow ribs 2 are together, e.g. welded together and form a tight seal.
  • beads are formed in the form of trough-shaped depressions 7 which extend at least over part of the rib height.
  • the beads 7 extend directly from the web area to the rib back area, i.e. over the entire height of the leg 3.
  • the beads 7 extend perpendicular to the rib back 4. Since, in the case of transformer tanks, which represent a preferred area of application of the fin bodies 1, the flow takes place parallel to the fin back 4, this means that the beads 7 run transversely to the direction of flow. It has now Surprisingly, it has been shown that these beads which run transversely to the coolant flow do not in any way impede the circulation of the coolant, but also improve the heat transfer to the outside air. This phenomenon can possibly be explained by the boundary layer of the cooling medium on the wall, within which both the flow rate and the temperature show their greatest change. If the surface of the legs 3 is smooth, the boundary layer remains undisturbed over the entire surface, so that the cooling liquid with the highest temperature flows inside the hollow fin. The beads 7 running transversely to the flow form an obstacle behind which turbulence arises, which ensures better transport of the warmer coolant in the interior of the hollow fin against the wall surface.
  • Adequate dimensional stability of the hollow ribs 2 is also achieved with the beads 7. It is expedient here that the beads 7 are not too narrow.
  • a suitable solution is, for example, the trapezoidal configuration of the beads 7. However, another, e.g. rectangular or semicircular cross-section can be selected for the beads 7.
  • FIG. 3 It is also possible, see FIG. 3, to use rib-shaped elevations 8 as beads.
  • the beads 8 lie here at the same locations as in FIG. 1 the depressions 7.
  • the beads 7 and 8 can extend not only over the legs 3, but also over the rib back 4 and over the webs 5, as shown in the first rib on the left edge of the picture.
  • the beads 7 and 8 can be molded in a relatively simple manner in the manufacture of the folds from the band plate. If the beads 7 or 8 are to extend over the entire surface of the rib body 1, the beads can be produced by rolling before the folds are formed. If, on the other hand, the beads 7 or 8 are only to be formed on the legs 3, the pressing tools can be designed accordingly, e.g. by attaching ribs to the press punches and recesses in the folding sword. The production in the latter case is particularly cheap, since no additional space and no additional surgery is required.
  • the beads 7 and 8 of a hollow rib 2 When pressing the beads, it is also possible without difficulty to arrange the beads 7 and 8 of a hollow rib 2 not opposite, but offset, which may be desirable to achieve increased strength of the hollow rib 2. In both cases, however, no additional space and no control means are required for forming the beads 7 or 8.
  • the molding of beads is a particularly simple and cost-saving solution.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Rippenkörper aus einem einstückigen Blech, insbesondere für Transformatorkessel, in welchem mit Abstand angeordnete, parallel verlaufende Hohlrippen geformt sind, deren Schenkel an den Stirnseiten zwischen dem Rippenrücken und den die Schenkel benachbarter Rippen verbindenden Stegen geschlossen sind, ein Verfahren und eine Maschine zur Herstellung dieses Rippenkörpers.
  • Rippenkörper mit Hohlrippen werden in erheblichem Umfang, insbesondere für die Herstellung von Transformatorkesseln, benötigt. Zur Kühlung der im Innern eines solchen Transformatorkessels angeordneten aktiven Bauteile wird der Kessel mit einer Kühlflüssigkeit, meistens einem Mineralöl, gefüllt. Die Anordnung von Kühlrippen in den Rippenkörpern dient dazu, die vom Transformator erzeugte Wärme in ausreichendem Masse an die Umgebungsluft abzuführen. Um die hierfür notwendige grosse Oberfläche zu erreichen, werden in den Rippenkörpern Hohlrippen grosser Höhe geformt.
  • Die Rippenkörper müssen, um im Betrieb den auftretenden mechanischen Beanspruchungen standhalten zu können, eine ausreichende Festigkeit und Stabilität aufweisen.
  • Man ist aber bestrebt, den Materialaufwand durch Verwendung eines möglichst dünnen Bleches kleinzuhalten. Dies hat zur Folge, dass die Hohlrippen, insbesondere bei grossen Rippentiefen, zur Begrenzung der Durchbiegung der Rippenschenkel unter einem Innendruck bzw. zur Erhöhung ihrer Biegesteifigkeit, z.B. durch das Anbringen von Versteifungen, verstärkt werden müssen.
  • Bei einer bekannten Ausführungsform (DE-Patentschrift 1 256 785) werden die Wände der Hohlrippen dadurch versteift, dass zwischen den Wänden jeder Hohlrippe Metallstäbe eingelegt und mit den Wänden verschweisst werden. Diese Lösung ist verhältnismässig aufwendig, da neben der presse zum Falten der Rippen eine Einführvorrichtung für die Metallstäbe und eine Schweissvorrichtung benötigt wird.
  • Bei einer weiteren bekannten Ausführungsform (DE-Auslegeschrift 2 244 447) werden die Wände der Hohlrippen durch Sicken, die vor dem Falten der Rippen in den aus einem Metallband hergestellten Rippenkörper eingeprägt werden, verstärkt. Abgesehen davon, dass für das Einprägen der sicken eine zusätzliche Vorrichtung mit entsprechendem Platzbedarf erforderlich ist, ist es auch notwendig, diese Vorrichtung so zu steuern, dass die Sicken an der richtigen Stelle eingeprägt werden, wozu ein entsprechend hoher Aufwand erforderlich ist.
  • Bei einer dritten bekannten Ausführungsform (DE-Offenlegungsschrift 2 749 508) werden ebenfalls die Wände von Hohlrippen-durch Sicken versteift. Durch diese Sicken soll zuden eine bessere Führung der Kühlflüssigkeit und dadurch eine bessere Kühlung erreicht werden. Aber auch bei dieser Ausführungsform ist der Aufwand zur Herstellung der Sicken deshalb aufwendig, weil das Einprägen der Sicken an bestimmten Stellen erfolgen muss, was eine entsprechende Steuerung der Vorrichtung für das Prägen der Sicken erforderlich macht.
  • In den Hohlrippen der Rippenkörper erfolgt die Strömung der Kühlflüssigkeit parallel zum Rücken der Hohlrippen. Aus diesem Grunde werden bei den bekannten Ausführungen die Versteifungen, soweit es sich um längliche Sicken oder Versteifungsteile handelt, parallel zum Rippenrücken und damit parallel zur Strömung angeordnet, um dadurch der Strömung ein möglichst kleines Hindernis zu bieten.
  • Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrundeliegt, einen Rippenkörper der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, dass der Aufwand für die Herstellung der Versteifungen an den Hohlrippen des Rippenkörpers wesentlich herabgesetzt und hierbei trotzdem mindestens derselbe Wärmeübergang an die Aussenluft wie bei den bekannten Ausführungen erreicht wird.
  • Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch qelöst, dass mindestens an einem Teil der Hohlrippen des Rippenkörpers Versteifungen vorgesehen sind, die senkrecht zu dem Rippenrücken verlaufen.
  • Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1 einen Rippenkörper mit Hohlrippen in schematischer, räumlicher Darstellung,
    • Fig. 2 einen Schnitt einer teilweise dargestellten Hohlrippe des Rippenkörpers nach Fig. 1 längs der Linie 11 - II mit einer Versteifung und
    • Fig. 3 einen Schnitt einer teilweise dargestellten Hohlrippe des Rippenkörpers nach Fig. 1 längs der Linie 111 - 111 in Fig. 1 mit einer weiteren Versteifung.
  • Der in Fig. 1 dargestellte Rippenkörper 1 ist beispielsweise aus einem Bandblech hergestellt und weist eine beliebige Anzahl von Hohlrippen verhältnismässig grosser Höhe auf. Die Hohlrippen 2 weisen zwei Schenkel 3 auf, die einerseits an einem Ende einen Rippenrücken 4 bilden und andererseits am andern Ende durch Stege 5 mit den Schenkeln 3 der benachbarten Hohlrippe 2 verbunden sind. An den Stirnseiten 6 sind die Schenkel 3 der Hohlrippen 2 miteinander, z.B. durch eine Schweissung, verbunden und bilden einen dichten Abschluss.
  • In den Schenkeln 3 der Hohlrippen 2 sind Sicken in Form rinnenförmiger Vertiefungen 7 angeformt, die sich mindestens über einen Teil der Rippenhöhe erstrecken. In Fig. 1 erstrecken sich die Sicken 7 unmittelbar vom Stegbereich bis zum Rippenrückenbereich, d.h. über die gesamte Höhe des Schenkels 3.
  • Wesentlich ist hierbei, dass sich die Sicken 7 senkrecht zum Rippenrücken 4 erstrecken. Da bei Transformatorkesseln, die ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Rippenkörper 1 darstellen, die Strömung parallel zum Rippenrücken 4 erfolgt, bedeutet dies, dass die Sicken 7 quer zur Strömungsrichtung verlaufen. Es hat sich nun überraschend gezeigt, dass diese quer zur Kühlflüssigkeitströmung verlaufenden Sicken keineswegs die Zirkulation der Kühlflüssigkeit behindern, sondern zudem eine Verbesserung des Wärmeübergangs an die Aussenluft bewirken. Diese Erscheinung kann möglicherweise durch die Grenzschicht des Kühlmediums an der Wand erklärt werden, innerhalb welcher sowohl die Strömungsgeschwindigkeit, als auch die Temperatur ihre grösste Veränderung aufweisen. Bei glatter Ausbildung der Oberfläche der Schenkel 3 bleibt die Grenzschicht über die ganze Fläche ungestört erhalten, so dass die Kühlflüssigkeit mit der höchsten Temperatur im Innern der Hohlrippe fliesst. Die quer zur Strömung verlaufenden Sicken 7 bilden ein Hindernis, hinter dem eine Turbulenz entsteht, die für einen besseren Transport der wärmeren Kühlflüssigkeit im Innern der Hohlrippe gegen die Wandfläche sorgt.
  • Mit den Sicken 7 wird auch eine ausreichende Formfestigkeit der Hohlrippen 2 erreicht. Hierbei ist es zweckmässig, dass die Sicken 7 nicht zu schmal ausgebildet sind. Eine geeignete Lösung stellt beispielweise die trapezförmige Ausbildung der Sicken 7 dar. Es kann jedoch auch ein anderer, z.B. rechteckförmiger oder halbrunder Querschnitt für die Sicken 7 gewählt werden.
  • Weiter ist es möglich, siehe Fig. 3, rippenförmige Erhebungen 8 als Sicken anzuwenden. Die Sicken 8 liegen hierbei an denselben Stellen wie in Fig. 1 die Vertiefungen 7.
  • In Fig. 1 ist weiter dargestellt, dass die Sicken 7 bzw. 8 sich nicht nur über die Schenkel 3, sondern auch über die Rippenrücken 4 und über die Stege 5 erstrecken können, wie dies bei der ersten Rippe an linken Bildrand dargestellt ist. Die Sicken 7 bzw. 8 können in verhältnismässig einfacher Weise bei der Herstellung der Falten aus dem Bandblech mitgeformt werden. Sollen sich die Sicken 7 bzw. 8 über die gesamte Fläche des Rippenkörpers 1 erstrecken, können die Sicken vor der Bildung der Falten durch Rollen erzeugt werden. Sollen dagegen die Sicken 7 bzw. 8 nur an den Schenkeln 3 geformt werden, können hierzu die Presswerkzeuge entsprechend ausgebildet werden, z.B. durch Anbringen von Rippen an den Press-stempeln und von Vertiefungen im Faltschwert. Die Herstellung im letzteren Fall ist besonders günstig, da kein zusätzlicher Platz und keine zusätzliche Operation erforderlich ist. Beim Pressen der Sicken ist es zudem ohne Schwierigkeit möglich, die Sicken 7 bzw. 8 einer Hohlrippe 2 nicht gegenüberliegend, sondern versetzt anzuordnen, was zum Erreichen einer erhöhten Festigkeit der Hohlrippe 2 erwünscht sein kann. In beiden Fällen sind jedoch für das Anformen der Sicken 7 bzw. 8 kein zusätzlicher Platz und keine Steuermittel erforderlich.
  • Für die Anordnung von Versteifungen der Hohlrippen 2, die sich quer zum Rippenrücken 4 bzw. zur Strömung erstrecken, ist das Anformen von Sicken eine besonders einfache und kostensparende Lösung.

Claims (10)

1. Rippenkörper aus einem einstückigen Blech, insbesondere für Transformatorkessel, in welchem mit Abstand angeordnete, parallel verlaufende Hohlrippen (2) geformt sind, deren Schenkel (3) an den Stirnseiten (6) zwischen dem Rippenrücken (4) und den die Schenkel benachbarter Rippen verbindenden Stegen (5) geschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens an einem Teil der Hohlrippen (2) des Rippenkörpers (1) Versteifungen (7, 8) vorgesehen sind, die senkrecht zu dem Rippenrücken (4) verlaufen.
2. Rippenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungen sich über mindestens einen Teil der Fläche der Hohlrippen (2) des Rippenkörpers (1) erstreckende Sicken (7, 8) sind.
3. Rippenkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungen bzw. die Sicken (7, 8) sich über die Schenkel (3) der Hohlrippen (2) erstrecken.
4. Rippenkörper nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicken rinnenförmige Vertiefungen (7) bzw. rippenförmige Erhebungen (8) bilden.
5. Rippenkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (7) bzw. die Erhebungen (8) trapezförmig ausgebildet sind.
6. Rippenkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicken (7, 8) des einen Schenkels (3) einer Hohlrippe (2) zu den Sicken des andern Schenkels seitlich versetzt sind.
7. Verfahren zum Herstellen des Rippenkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Hohlrippen (2) nacheinander geformt werden, dadurch gekennzeichnet, dass auf mindestens einem Teil der Fläche der Hohlrippen (2) des Rippenkörpers (1) Sicken (7, 8) eingeprägt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicken (7, 8) durch Rollen eingeprägt und anschliessend die Hohlrippen (2) geformt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicken (7, 8) zusammen mit den Hohlrippen (2) gepresst werden.
10. Maschine zum Herstellen des Rippenkörpers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einer Faltpresse, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugteile für das Formen der Sicken (7, 8) an den Press-stellen für das Falten der Hohlrippen angeordnet sind.
EP84900383A 1983-01-19 1984-01-17 Rippenkörper mit hohlrippen und verfahren sowie maschine zu dessen herstellung Expired EP0131594B1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
CH30683A CH664050A5 (de) 1983-01-19 1983-01-19 Rippenkoerper mit hohlrippen und verfahren zu dessen herstellung sowie maschine zur ausfuehrung des verfahrens.
CH306/83 1983-01-19

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EP0131594A1 EP0131594A1 (de) 1985-01-23
EP0131594B1 true EP0131594B1 (de) 1986-08-13

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EP84900383A Expired EP0131594B1 (de) 1983-01-19 1984-01-17 Rippenkörper mit hohlrippen und verfahren sowie maschine zu dessen herstellung

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CH (1) CH664050A5 (de)
DE (1) DE3460436D1 (de)
WO (1) WO1984003002A1 (de)

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CH664050A5 (de) 1988-01-29
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