DE102017112063A1

DE102017112063A1 - Lamelle, Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Lamelle und Wärmeaustauscher

Info

Publication number: DE102017112063A1
Application number: DE102017112063.7A
Authority: DE
Inventors: Michael Kozica; Michael Jürgens
Original assignee: AKG Thermotechnik International GmbH and Co KG
Current assignee: AKG Thermotechnik International GmbH and Co KG
Priority date: 2016-06-07
Filing date: 2017-06-01
Publication date: 2017-12-07

Abstract

Eine wellenförmige Lamelle (2) für einen Wärmeaustauscher (1), insbesondere einer Wärmepumpe, weist eine Vielzahl von durch erste und zweite Nockenrücken (23, 24) miteinander verbundene Lamellenflanken (21, 22) auf, wobei ein jeweiliger erster Nockenrücken (23) jeweils eine erste Lamellenflanke (21) mit einer zweiten Lamellenflanke (22) einer Lamellenwelle und ein jeweiliger zweiter Nockenrücken (24) jeweils eine zweite Lamellenflanke (22) einer Lamellenwelle mit einer ersten Lamellenflanke (21) einer benachbarten Lamellenwelle verbindet, in die ersten Nockenrücken (23) eingeformte Aufnahmen (61) zur Ausbildung eines Rohrkanals (6) zur Aufnahme von Teilquerschnitten eines Rohres (3), wobei die Aufnahmen (61) Kragen (62) aufweisen, die aus sich überlappenden Materialabschnitten der zu Aufnahmen (61) umgeformten Bereiche der ersten Nockenrücken (23) und der an diese angrenzenden Bereiche der Lamellenflanken (21, 22) geformt sind, wobei die Kragen (62) der Aufnahmen (61) sich in gleicher Richtung zu einem benachbarten ersten Nockenrücken (23) hin erstrecken. Desweiteren wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer wellenförmigen Lamelle (2) sowie ein Wärmeaustauscher (1) beschrieben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine wellenförmige Lamelle für einen Wärmeaustauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer wellenförmigen Lamelle sowie einen Wärmeaustauscher.
Gattungsgemäße Lamellen und deren Einsatz in einem Wärmeaustauscher sind beispielsweise aus der DE 20 2014 105 709 U1 oder der WO 2004/025203 A1 bekannt. Die hier offenbarten Wärmeaustauscher und die darin eingebauten Lamellen werden beispielsweise in Kondensatoren oder Verdampfern wie beispielsweise Wärmepumpen eingesetzt.
Die Bauweise des insbesondere in der erstgenannten Schrift offenbarten Wärmeaustauschers besteht dabei aus einer Weiterentwicklung unter Nutzung der vorbekannten „Expanded Tube”-Bauweise, bei der u-förmig gebogene Rundrohre aus Kupfer oder Aluminium durch Aluminiumleitblechpakete hindurch gesteckt und anschließend zur Erzeugung einer hinreichend wärmeleitenden Verbindung aufgeweitet werden und andererseits der sogenannten „bended tube”- oder „No-Frost”-Bauweise, bei der mit Langlöchern versehene Leitbleche auf ebenfalls u-förmige Rohrabschnitte von endlos gebogenen Aluminiumrohrmäandern geschoben werden, wobei bei dem hier offenbarten Wärmeaustauscher wellenförmige Lamellen eingesetzt werden, auf deren Nockenrücken Ausnehmungen vorgesehen sind, in denen Teilquerschnitte der jeweiligen Rohrabschnitte des Rohres aufgenommen sind.
Solche Wärmeaustauscher haben sich an sich in der Praxis als sehr vorteilhaft erwiesen. Nachteilig ist die zur Herstellung solcher Lamellen relativ aufwändige Stanztechnik zur Einbringung der Ausnehmungen in den Nockenrücken und der Anbringung der Kragen zur Erhöhung der Wärmeübertragung zwischen den Lamellen und den Rohren.
In der WO 2004/025203 A1 werden in die Nockenrücken der Lamellen mithilfe eines Werkzeuges Vertiefungen zur Aufnahme jeweiliger halber Rohrquerschnitte eingedrückt. Nachteilig ist hier, dass bei kleiner Nockenteilung das in Rohrrichtung beidseitig von den Nockenrücken weggedrückte Lamellenmaterial den Luftströmungsquerschnitt teilweise blockiert, was die Leistung eines mit solchen Lamellen ausgestatteten Wärmeaustauschers deutlich herabsetzt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lamelle sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer solchen Lamelle bereitzustellen, die in vereinfachter Weise herstellbar ist, wobei der Luftströmungsquerschnitt zwischen den einzelnen Lamellenflanken zumindest weitgehend beibehalten wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Lamelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Aufgabe wird des Weiteren durch ein Verfahren zur Herstellung einer wellenförmige Lamelle mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie durch eine Vorrichtung zur Herstellung einer wellenförmigen Lamelle mit den Merkmalen des Anspruchs 14 und durch einen Wärmeaustauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 20 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße wellenförmige Lamelle für einen Wärmeaustauscher, insbesondere einer Wärmepumpe, weist eine Vielzahl von durch erste und zweite Nockenrücken miteinander verbundene Lamellenflanken auf.
Dabei verbindet ein jeweiliger erster Nockenrücken jeweils eine erste Lamellenflanke mit einer zweiten Lamellenflanke einer Lamellenwelle und ein jeweiliger zweiter Nockenrücken jeweils eine zweite Lamellenflanke einer Lamellenwelle mit einer ersten Lamellenflanke einer benachbarten Lamellenwelle.
Die Lamelle weist desweiteren in die ersten Nockenrücken und die an diese angrenzenden Bereiche der Lamellenflanken eingeformte Aufnahmen zur Ausbildung eines Rohrkanals zur Aufnahme von Teilquerschnitten eines Rohres auf.
Die Aufnahmen weisen Kragen auf, die aus sich überlappenden Materialabschnitten der zu Aufnahmen umgeformten Bereiche geformt sind, wobei die Kragen der Aufnahmen sich in gleicher Richtung zu einem benachbarten ersten Nockenrücken hin erstrecken.
Eine derart ausgebildete Lamelle zeichnet sich durch ihre einfache und insbesondere schnelle Herstellbarkeit durch Umformen aus.
Die Kragen dienen dabei in erster Linie der erhöhten Wärmeübertragungsfähigkeit zwischen der Lamelle und den darin einzulegenden Rohren. Durch den Kragen weist die Lamelle eine für die Wärmeübertragung vorteilhaft vergrößerte Anlagefläche zur Anlage der Rohre auf.
Die Ausbildung der Kragen der Aufnahmen durch Ausbildung von sich überlappenden Materialabschnitten der Nockenrücken und der an diese angrenzenden Bereiche der Lamellenflanken hat den weiteren Vorteil, dass dadurch eine Verengung der Kanäle zwischen benachbarten Lamellenflanken weitgehend vermieden wird und somit der Strömungsquerschnitt für das zweite Medium, beispielsweise Kühlluft, in nur geringem Maß verkleinert wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Lamelle liegt ein Teilabschnitt der Kragen an der Aufnahme des benachbarten ersten Nockenrückens an. Insbesondere liegt ein Teilabschnitt der Kragen auf einer an der Aufnahme des benachbarten ersten Nockenrückens geformten Stufe auf, was die Stabilität der Lamelle weiter erhöht.
Um ein Ineinanderrutschen übereinander liegender Lamellen in einfacher Weise zu verhindern, sind an den Lamellenflanken der Lamellen bevorzugt Beabstandungselemente angeordnet. Diese Beabstandungselemente sind dabei bevorzugt als in den Lamellenflanken eingedrückte Abwinkelungen ausgebildet.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Lamelle sind zumindest an den den Kragen abgewandten ersten Lamellenflanken der Lamelle unterhalb der Aufnahmen Versteifungen angeordnet. Dadurch wird verhindert, dass während des Einbringens der Rohrkanäle Verformungen der Lamellenflanken eintreten, welche die Querschnitte der Luftkanäle der Lamelle im Bereich der Rohrkanäle verändern und damit den Luftwiderstand ungünstig beeinflussen würden.
Die Versteifungen sind nach einer Ausführungsvariante als sich senkrecht zu einer Mittellinie der Rohrkanäle von den ersten Nockenrücken hin zu den zweiten Nockenrücken eingeformte Abwinklungen ausgebildet. Derartige als Winkellamellen bezeichnete Lamellen sind im Kühlerbau weit verbreitet und lassen sich günstig fertigen.
Denkbar ist auch, die Versteifungen im Wesentlichen nur im Bereich der Rohrkanäle vorzusehen, wobei die Lamellen zwischen diesen versteiften Bereichen eine Glattlamellen-Form aufweisen.
Nach einer alternativen Ausführungsvariante sind die Versteifungen als sich senkrecht zu einer Mittellinie der Rohrkanäle von den ersten Nockenrücken hin zu den zweiten Nockenrücken eingeformte Sicken ausgebildet. Dies ermöglicht, die zum Einbringen der Rohrkanäle notwendigen, die Lamellen stützenden Formteile kostengünstig zu gestalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf:

– Formen eines Metallbleches zu einer wellenförmigen Lamelle mit einer Vielzahl von durch erste und zweite Nockenrücken miteinander verbundenen ersten und zweiten Lamellenflanken,
– Aufbringen der Lamelle auf ein Formteil mit einer Vielzahl von mit Ausnehmungen zur Formung eines Rohrkanals in den ersten Nockenrücken versehenen Stegen, die zwischen jeweiligen zweiten Nockenrücken in jeweilige durch die Lamellenflanken und die ersten Nockenrücken begrenzten Zwischenräume eingeführt werden.

Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass in den ersten Nockenrücken den Rohrkanal bildende Aufnahmen geformt werden, durch Verfahren der Lamelle relativ zu einem Formelement in einer einer Längsachse des Rohrkanals entsprechenden Richtung. Dabei ist das Formelement relativ zur Lamelle so positioniert, dass das Formelement beim Verfahren der Lamelle relativ zum Formelement die den Rohrkanal bildenden Aufnahmen in die ersten Nockenrücken und die an diese angrenzenden Bereiche der Lamellenflanken drückt.
Die Drückrichtung des Formelements erfolgt dabei etwa parallel zur Längsrichtung des zu bildenden Rohrkanals, was zur Folge hat, dass das Material der Nockenrücken und der an diese angrenzenden Bereiche der Lamellenflanken beim Verformen nur in eine Richtung gedrückt wird.
Dadurch wird bewirkt, dass der Raum zwischen den Lamellenflanken weitgehend beibehalten wird, was sich positiv auf den Erhalt des Strömungsquerschnitts für das zweite Medium auswirkt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Materialabschnitt der Aufnahmen zu einem sich in Richtung eines benachbarten ersten Nockenrückens erstreckenden Kragen geformt, wobei der Kragen aus sich überlappenden Materialabschnitten der zu Aufnahmen umgeformten Bereiche der ersten Nockenrücken und der an diese angrenzenden Bereiche der Lamellenflanken geformt wird, was die Stabilität der Lamelle weiter erhöht.
Die Verformung der den Rohrkanal bildenden Aufnahmen erfolgt dabei bevorzugt durch Eindrücken mit einem wenigstens eine Drückrolle aufweisenden Formelements.
Diese Drückrolle wird dabei gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante gegenläufig zur Relativbewegung zwischen der Lamelle und dem Formelement um eine Drehachse des Formelements angetrieben, was die Verformungsrichtung der Materialabschnitte der ersten Nockenrücken in die vorbestimmte Richtung weiter begünstigt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung einer wellenförmigen Lamelle für einen Wärmeaustauscher, insbesondere eines Wärmepumpentrockners, weist eine Walzstation zum Formen eines Metallbleches zu einer wellenförmigen Lamelle mit einer Vielzahl von durch erste und zweite Nockenrücken miteinander verbundene erste und zweite Lamellenflanken auf sowie ein Formteil mit einer Vielzahl von mit Ausnehmungen zur Formung eines Rohrkanals in den ersten Nockenrücken versehenen Stegen auf, die zwischen jeweiligen zweiten Nockenrücken in jeweilige durch die Lamellenflanken und die ersten Nockenrücken begrenzten Zwischenräume einführbar sind.
Die Vorrichtung weist des Weiteren ein Formelement mit einer dem Rohrkanal entsprechenden Umfangskontur zum Formen von den Rohrkanal bildenden Aufnahmen in den ersten Nockenrücken auf, welches so angeordnet ist, dass es in die ersten Nockenrücken in einer einer Längsachse des Rohrkanals entsprechenden Richtung einfährt und dabei die den Rohrkanal bildenden Aufnahmen in die ersten Nockenrücken drückt.
Eine solche Vorrichtung zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau und die hohe Fertigungsgeschwindigkeit aus.
Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung besteht darin, dass durch Abstützen der zweiten Nockenrücken der Lamelle an einer Basis der Stege der für die Funktion eines Wärmeaustauschers wichtige Abstand zwischen dem Grund des Rohrkanals und den zweiten Nockenrücken bzw. der den Rohrkanälen gegenüberliegenden Breitseite der Lamelle konstant ausgebildet werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante weist das Formelement wenigstens eine Drückrolle auf. Diese Drückrolle ist bevorzugt ortsfest montiert und um eine Drehachse drehbar ausgebildet.
Zur weiteren Unterstützung der Verformrichtung des Materials der ersten Nockenrücken und der an diese angrenzenden Bereiche der Lamellenflanken ist die Drückrolle gegenläufig zur Relativbewegung zwischen der Lamelle und dem Formelement um ihre Drehachse angetrieben.
Das Formteil weist gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante eine mit den Stegen versehene Gliederkette auf.
In einer alternativen Ausgestaltung weist das Formteil eine Walze auf, mit auf einer Mantelfläche angeordneten Stegen.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsvarianten anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers,
2 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsvariante einer Lamelle beim Einbringen von einen Rohrkanal bildenden Aufnahmen,
3 eine perspektivische Ansicht eines Lamellenabschnitts mit darin eingebrachten Aufnahmen,
4 eine Schnittansicht durch die in 3 gezeigte Lamelle entlang einer Schnittebene IV-IV,
5 eine Detailansicht eines Abschnitts eines Kragens der Aufnahme aus 4, aufliegend auf dem Nockenrücken einer benachbarten Lamellenwelle,
6 eine Frontansicht auf eine Lamelle beim Herstellen der Rohrkanäle bildenden Aufnahme,
7 eine Schnittansicht durch die in 6 gezeigte Lamelle und die Werkzeuge entlang einer in 6 mit VII bezeichneten Schnittebene,
8 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung einer Lamelle,
9 und 10 weitere Varianten einer Vorrichtung zur Herstellung einer Lamelle,
11 eine perspektivische Ansicht eines Lamellenabschnitts einer alternativen Ausführungsvariante der Lamelle mit darin eingebrachten Aufnahmen und Versteifungen,
12 eine Schnittansicht durch die in 11 gezeigte Lamelle entlang einer Schnittebene XII-XII,
13 eine perspektivische Ansicht der Ausführungsvariante einer Lamelle gemäß 11 beim Einbringen von einen Rohrkanal bildenden Aufnahmen,
14 eine perspektivische Ansicht eines Lamellenabschnitts einer alternativen Ausführungsvariante der Lamelle mit darin eingebrachten Aufnahmen und zwischen Glattlamellenabschnitten angeformten Versteifungen, und
15 eine perspektivische Ansicht eines Lamellenabschnitts einer weiteren alternativen Ausführungsvariante der als Glattlamelle ausgebildeten Lamelle mit darin eingebrachten Aufnahmen und als Sicken ausgebildeten Versteifungen.
In der nachfolgenden Figurenbeschreibung beziehen sich Begriffe wie oben, unten, links, rechts, vorne, hinten usw. ausschließlich auf die in den jeweiligen Figuren gewählte beispielhafte Darstellung und Position der Lamelle, der Aufnahmen, Kragen, Nockenrücken, des Rohrkanals, Lamellenflanken und dergleichen. Diese Begriffe sind nicht einschränkend zu verstehen, d. h., durch verschiedene Arbeitsstellungen oder die spiegelsymmetrische Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern.
In 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Ausschnitt einer Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers bezeichnet. Der hier blockförmig ausgebildete Wärmeaustauscher 1 weist ein über mehrere Rohrlagen jeweils mäanderförmig gebogenes Rohr 3 zur Durchleitung eines zu kühlenden oder zu erwärmenden ersten Mediums, vorzugsweise einer Kühlflüssigkeit, auf. Das Rohr 3 ist dabei bevorzugt als Aluminiumrohr ausgebildet.
Zwischen den Rohrlagen des Rohres 3 sind wellenförmige Lamellen 2 angeordnet, die der Durchleitung eines zu erwärmenden oder zu kühlenden zweiten Mediums dienen. Die Lamellen 2 sind dabei bevorzugt aus einem Aluminiumblech gefertigt.
Denkbar sind jedoch auch andere Materialien wie beispielsweise Edelstahl oder Kupfer für das Rohr 3 oder Kupfer für die Lamellen 2.
Die Fixierung der Rohre 3 mit den Lamellen 2 erfolgt vorzugsweise stoffschlüssig, beispielsweise durch Verkleben. Als Klebstoff dient dabei beispielsweise ein warmhärtendes Epoxidharz, Polyurethan, Acrylat oder ein Schmelzklebstoff. Denkbar ist auch ein Verlöten oder Verspannen der Bauteile miteinander.
Eine Ausführungsvariante einer solchen Lamelle 2 ist in den 2 bis 5 im Detail dargestellt. Jede der Lamellen 2 weist dabei eine Vielzahl von durch erste und zweite Nockenrücken 23, 24 miteinander verbundene Lamellenflanken 21, 22 auf. Die zweiten Nockenrücken 24 sind dabei den ersten Nockenrücken 23 in Richtung der Höhe Z der Lamelle 2 auf gegenüberliegenden Seiten der Lamelle 2 angeordnet.
Wie in 2 gut zu erkennen ist, verbindet ein jeweiliger erster Nockenrücken 23 jeweils eine erste Lamellenflanke 21 mit einer zweiten Lamellenflanke 22 einer Lamellenwelle. Dementsprechend verbindet ein jeweiliger zweiter Nockenrücken 24 jeweils eine zweite Lamellenflanke 22 einer Lamellenwelle mit einer ersten Lamellenflanke 21 einer benachbarten Lamellenwelle.
Die ersten und zweiten Nockenrücken 23, 24 sind, wie in 4 beispielhaft dargestellt, zu ebenen Flächen geformt. Denkbar ist auch, die ersten und zweiten Nockenrücken 23, 24 gewölbt auszuformen.
Der Querschnitt der durch die Lamellenflanken 21, 22 gebildeten Kanäle 27 zur Durchleitung des zweiten Mediums ist in der in 2 dargestellten Ausführungsvariante im Wesentlichen rechteckig geformt. Denkbar sind aber auch andere Formgestaltungen des Querschnitts, beispielsweise trapezförmig mit nicht parallel zueinander ausgerichteten ersten und zweiten Lamellenflanken 21, 22 oder auch eine sichelförmige Formgestalt mit gewölbten Lamellenflanken 21, 22.
Ebenso muss die mittlere Breite benachbarter Luftkanäle 27 innerhalb einer Nockenteilung nicht gleich sein.
Wie in 1 des Weiteren gezeigt ist, sind an den Lamellenflanken 21, 22 der Lamelle 2 vorzugsweise Beabstandungselemente 25 angeordnet, die dazu dienen, ein Zusammenrutschen übereinander angeordneter Lamellen 2 zu verhindern.
Die Beabstandungselemente 25 sind dabei bevorzugt als in den Lamellenflanken 21, 22 eingedrückte Abwinklungen ausgebildet, so dass die Nockenrücken 23, 24 insgesamt nicht geradlinig sich in einer Richtung Y erstrecken, sondern beispielsweise dachförmig umgeformt sind und so ein Ineinanderrutschen übereinander liegender Lamellen 2 verhindern.
Weiterhin weisen die Lamellenflanken 21, 22 neben den Beabstandungselementen 25 in einer weiteren Ausführungsvariante noch Mittel zur Steigerung der Wärmeübertragung wie z. B. Kiemen, Offsets, Prägungen etc. auf.
Zur Aufnahme des Rohres 3 sind in die ersten Nockenrücken 23 Aufnahmen 61 eingeformt. Die in Längsrichtung eines solchen Rohres 3 in der Lamelle 2 hintereinander angeordneten Aufnahmen 61 sind dabei vorzugsweise derart geformt, dass sie geringfügig weniger als die halbe Querschnittsfläche des Rohres 3 umfassen, so dass zwei übereinander gelegte Lamellen 2 die Rohrstücke 3 nahezu vollumfänglich umfassen, aber nicht einander berühren. Die Tiefe T der Aufnahmen 61 in Richtung der Höhe Z der Lamelle 2 beträgt dabei vorzugsweise zwischen 0,25 und 0,49 des Durchmessers des aufzunehmenden Rohres 3.
Dies ermöglicht, dass die ersten Nockenrücken 23 auf der Seite der Rohrkanäle 6 beidseitig noch von dem zweiten Medium, beispielsweise Luft, umströmt werden. Weiterhin ist dadurch sichergestellt, dass die Nockenrücken 23 benachbarter Lamellen 2 einer Rohrlage nicht aufeinander liegen, was zu einer Reduzierung des wärmeleitenden Kontakts zum Rohr durch Spaltbildung führen würde.
Denkbar ist jedoch auch eine Tiefe T der Aufnahmen 61 in Richtung der Höhe Z der Lamelle 2 von 0,5 des Durchmessers des aufzunehmenden Rohres 3. Dadurch ist ermöglicht, benachbarte aufeinander liegende Nockenrücken 21 durch Verkleben oder Verlöten miteinander zu verbinden.
Für Rohre 3 mit kreisförmigem Querschnitt, wie beispielsweise in 1 gezeigt, sind die Aufnahmen 61 entsprechend mit kreisausschnittsförmigem Querschnitt versehen. Denkbar ist auch die entsprechende Ausgestaltung des Querschnittes der Aufnahmen 61 zur Aufnahme von Rohren mit ovalem oder polygonalem Querschnitt.
Die Aufnahmen 61 weisen, wie in den 3 und 4 gezeigt, Kragen 62 auf, die aus sich überlappenden Materialabschnitten der zu Aufnahmen 61 umgeformten Bereiche der ersten Nockenrücken 23 und der daran angrenzenden Bereiche der Lamellenflanken 21, 22 geformt sind. Dabei erstrecken sich die Kragen 62 der Aufnahmen 61 im Wesentlichen in einer Richtung zu einem benachbarten ersten Nockenrücken 23 hin.
Die überlappenden Materialabschnitte können dabei einander berührend aufeinander liegen. Denkbar ist auch, dass zwischen den überlappenden Materialabschnitten ein Luftspalt verbleibt. Ebenfalls denkbar ist ein teilweises Aufeinanderliegen der überlappenden Materialabschnitte.
Wie in 4 dargestellt, ist die Ausdehnung d_e der Kragen 62 in diese der Drückrichtung eines Formelements 4 beim weiter unten noch näher beschriebenen Verformungsprozeß entsprechenden Richtung über die ursprüngliche Kontur der ersten Nockenrücken 23 vorzugsweise mindestens doppelt so groß wie die Ausdehnung d_v der Kragen 62 in entgegengesetzter Richtung
Wie in den 3 bis 5 gut zu erkennen ist, liegt ein Teilabschnitt der Kragen 62 an der Aufnahme 61 des benachbarten ersten Nockenrückens 23 an. Bei der hier gezeigten Ausführungsvariante liegt ein Teilabschnitt 64 der Kragen 62 auf einer an der Aufnahme 61 des benachbarten ersten Nockenrückens 23 geformten Stufe 63 auf. Diese Stufe 63 wird bei der Verformung der Nockenrücken, auf die weiter unten noch näher eingegangen wird, in die Nockenrücken 23 eingedrückt.
Gut zu erkennen ist außerdem, dass die Strömungsquerschnitte der durch die Lamellenflanken 21, 22 gebildeten Luftkanäle bzw. Zwischenräume 27 nur geringfügig verengt bzw. erweitert werden, was für einen geringen Luftwiderstand und eine gute Durchströmung entscheidend ist.
Das Formen des Rohrkanals 6 in Gestalt der den Rohrkanal 6 bildenden Aufnahmen 61 in den ersten Nockenrücken 23 erfolgt durch das bevorzugt wenigstens eine Drückrolle 41 aufweisende Formelement 4, beispielsweise gezeigt in den 2 und 6 bis 10.
Wie beispielsweise in den 2 und 7 gezeigt, wird die Lamelle 2 relativ zu einem ortsfest positionierten Formelement 4 entlang verfahren. Die Aufhängung der Drückrollen 41 erfolgt dabei dergestalt, dass das Formelement 4 in die ersten Nockenrücken 23 in einer eine Längsachse des Rohrkanals 6 entsprechenden Richtung einfährt und dabei die den Rohrkanal 6 bildenden Aufnahmen 61 in die ersten Nockenrücken 23 und die an diese angrenzenden Bereiche der Lamellenflanken 21, 22 eindrückt.
Bei der in 2 gezeigten Ausführungsvariante sind mehrere Drückrollen 41 nebeneinander auf einer Drehachse 42 angeordnet, so dass beim Durchführen der Lamelle 2 mehrere Aufnahmen 61 gleichzeitig in die ersten Nockenrücken 23 eingedrückt werden.
Das Material der Nockenrücken 23 und der daran angrenzenden Bereiche der Lamellenflanken 21, 22 wird dabei derart verformt, dass es, wie beispielsweise in 5 gezeigt, als Doppellage aufeinander liegt, so dass sich ein in Richtung eines benachbarten ersten Nockenrückens 23 erstreckender doppellagiger Kragen 62 ausbildet.
Durch den den benachbarten Nockenrücken 23 überlappenden Bereich 64 wird gleichzeitig die Stufe 63 in der Aufnahme 61 des benachbarten Nockenrückens 23 geformt.
Anhand der 6 bis 10 werden im Folgenden weitere Details zum Verfahren zur Herstellung einer solchen wellenförmigen Lamelle 2 sowie eine Vorrichtung zur Herstellung einer solchen wellenförmigen Lamelle 2 beschrieben.
Wie in den 8 bis 10 gezeigt ist, wird beim Verfahren zur Herstellung einer solchen wellenförmigen Lamelle 2 zunächst aus einem Metallblech in einer Walzstation 7 eine wellenförmige Lamelle 2, bevorzugt endlos, geformt. Denkbar ist auch das Vorformen des Metallblechs in die Wellenform durch Stanzen. Die Lamellen 2 sind dabei vorzugsweise aus einem Aluminiumband gefertigt, dessen Materialdicke bevorzugt zwischen 0,05 mm und 0,5 mm beträgt.
Nach dem Austritt aus der Walzstation 7 wird die wellenförmige Lamelle 2 einem Formteil 5 zugeführt, das eine Vielzahl von Stegen 51 aufweist, die zwischen jeweiligen zweiten Nockenrücken 24 in jeweilige durch die Lamellenflanken 21, 22 und die ersten Nockenrücken 23 begrenzten Zwischenräume 27 der Lamelle 2 eingeführt werden.
Das Formteil 5 kann dabei gemäß der in 8 gezeigten Ausführungsvariante eine Gliederkette 11 aufweisen, an der die Stege 51 angeformt sind. Die Gliederkette 11 ist dabei auf zwei Führungswalzen 12, 13 geführt.
Denkbar ist auch die Anordnung der Stege 51 auf der Mantelfläche einer Walze 14, 15, wie es in den 9 und 10 dargestellt ist.
Während die Stege 51 bei der in 9 gezeigten Ausführungsvariante fest auf der Walze 14 festgelegt sind, sind die Stege 51 auf der Walze 15 gemäß 10 radial beweglich und werden von einer zweiten Walze 17 zwischen die Lamellenflanken 21, 22 gedrückt. Bevorzugt werden die Stege 51 dabei in einer Führung 16 derart geführt, dass sie beim Passieren der zweiten Walze 17 radial zur Drehachse der ersten Walze 15 zwischen die Lamellenflanken 21, 22 gedrückt werden.
Nach dem Eindrücken der Stege 51 zwischen jeweiligen zweiten Nockenrücken 24 wird die Lamelle 2 an dem wenigstens eine Drückrolle 41 aufweisenden Formelement 4 vorbeigeführt, mit dem die Aufnahmen 61 in die ersten Nockenrücken 23 eingedrückt werden.
Bei der in 10 gezeigten Ausführungsvariante sind die Drückrollen 41 des Formelements direkt gegenüber der zweiten Walze 17 positioniert, so dass die zweite Walze 17 gleichzeitig als Andruckelement beim Verformen der ersten Nockenrücken 23 dient.
Denkbar ist auch, mehrere Drückelemente in Verfahrrichtung der Lamelle 2 hintereinander anzuordnen, um einen schrittweises Verformen der ersten Nockrücken zu ermöglichen, wobei das in Verfahrrichtung der Lamelle 2 letzte der Drückelemente, beispielsweise in Gestalt der in 2 gezeigten Drückrolle 41 den Aufnahmen 61 ihrer endgültige Form gibt.
Nach dem Formprozeß beträgt die Höhe H der Lamellen 2 in Richtung z vorzugsweise zwischen 3 mm und 50 mm. Die Nockenteilung NT der Lamelle 2 beträgt vorzugsweise zwischen 2 mm und 15 mm.
In sämtlichen der in den 8–10 gezeigten Ausführungsvarianten einer Vorrichtung zur Herstellung einer wellenförmigen Lamelle 2 ist des Weiteren ein Niederhalter 8 vorgesehen, der bewirkt, dass die Stege 51 zwischen die Lamellenflanken 21, 22 eingedrückt werden.
Des Weiteren ist hinter dem Formelement 4 eine Aushebeeinrichtung 10, beispielsweise in Gestalt einer Aushebeschräge vorgesehen, mit der die Lamelle 2 von den Stegen 51 nach erfolgter Formung der Aufnahmen 61 von den Stegen 51 wieder abgehoben wird.
Im weiteren Verlauf ist noch eine Schneideinrichtung 9, beispielsweise mit einem Messer 91 und einer Schneidauflage 92 oder in Gestalt einer Schere angeordnet, mit der die Lamelle 2 auf das gewünschte Einbaumaß abgelängt wird.
Für die gut wärmeübertragende Funktion der Lamellen 2 mit den Rohren 3 im zusammengebauten Zustand des Wärmeaustauschers 1 ist der Abstand M zwischen dem Grund des Rohrkanals 6 und den zweiten Nockenrücken 24 bzw. der den Rohrkanälen 6 gegenüberliegenden Breitseite der Lamelle 2 bevorzugt konstant ausgebildet.
Dies wird verfahrensbedingt dadurch gewährleistet, dass der Abstand zwischen einer Basis 53 der Stege 51 und der Unterseite des Formelements 4 stets konstant gehalten werden kann, wie beispielsweise in den 8 bis 10 gezeigt ist.
In den 11 bis 15 sind weitere bevorzugte Ausführungsvarianten einer erfindungsgemäßen Lamelle dargestellt.
Bei den hier gezeigten Ausführungsvarianten sind zumindest an den dem Kragen 62 abgewandten ersten Lamellenflanken 21 der Lamelle 2 unterhalb der Aufnahmen 61 der Rohrkanäle 6 Versteifungen 28 angeordnet, insbesondere angeformt.
Diese Versteifungen 28 sind dabei, wie in den 11 bis 14 dargestellt, als sich senkrecht zu einer Mittellinie der Rohrkanäle 6 von den ersten Nockenrücken 23 hin zu den zweiten Nockenrücken 24 eingeformte Abwinklungen ausgebildet.
Diese als Abwinklungen ausgebildeten Versteifungen 28 bilden dabei eine Knicklinie, die sich von einer Mittellinie des Rohrkanals 6 senkrecht nach unten in Richtung der zweiten Nockenrücken 24 erstreckt.
Die Abwinklung ist dabei dergestalt, dass die Lamellenflankenabschnitte der Lamelle 2 seitlich der Kragen 62 die Kragen 62 in einem stumpfen Winkel einfassen.
Die Winkelspitze der Versteifung 28 zeigt dabei bevorzugt entgegen der Eindrückrichtung, sprich entgegen der Erstreckung der Kragen 62.
Die beidseits einer Aufnahme 61 eines Rohrkanals 6 stumpfwinklig zueinander angeordneten Bereiche der Lamellenflanken 21 schließen dabei bevorzugt einen Winkel zwischen 120° und 175° ein, besonders bevorzugt zwischen 145° und 165°.
Bei der als Winkellamelle ausgebildeten Lamelle 2 gemäß 11 bis 14 sind bevorzugt auch an den den Kragen 62 zugewandten zweiten Lamellenflanken 22 der Lamelle 2 unterhalb der Aufnahme 61 Versteifungen 28 angeformt.
In entsprechender Weise ist das in 13 gezeigte Formteil 5 so ausgebildet, dass im Bereich der der Gestaltung des Rohrkanals 6 dienenden Ausnehmungen 52 in den Stegen 51 des Formteils 5 die Stege 51 entsprechend angewinkelt ausgebildet sind, mit entsprechenden Knicklinien 54, die sich senkrecht von der Mittellinie der Rohrkanäle 6 in Richtung der Basis 53 des Formteils 5 erstrecken.
Das Verfahren der Drückrollen 41 zur Formung der Aufnahmen 61 erfolgt bevorzugt in der oben beschriebenen, anhand von 2 beschriebenen Weise.
Durch die Versteifungen 28 wird erreicht, dass Kanalquerschnitte Q₁ und Q₂, gezeigt in 12, unterhalb der Rohrkanäle 6 gegenüber den Lamellenbereichen außerhalb der Rohrkanäle 6 nahezu nicht verändert werden, insbesondere nicht verkleinert werden.
Bei der Formung der Aufnahmen 61 mit der Drückrolle 41 wird bevorzugt die Lamelle 2 in Verfahrrichtung V, gezeigt in 13, relativ zu dem Umformelement 4 verfahren. Denkbar ist auch, die Lamelle 2 entgegen der Verfahrrichtung V relativ zum Umformelement 4 zu verfahren oder auch das Umformelement 4 relativ zu einer feststehenden Lamelle zu verfahren. Gleiches gilt auch für die Formung der Aufnahmen 61 gemäß 2.
Denkbar ist auch, wie in 14 gezeigt, die Lamelle 2 in Bereichen zwischen den mit Rohrkanälen 6 versehenen Bereichen der Lamelle 2 als Glattlamelle auszubilden und nur im Bereich der Rohrkanäle 6 Winkelbereiche 29 mit Versteifung 28 auszubilden.
Bei der in 15 gezeigten alternativen Ausführungsvariante sind anstelle der Abwinklungen Sicken im Bereich unterhalb der Rohrkanäle 6 angeformt. Die Lamelle 2 ist im Übrigen in der hier gezeigten Ausführungsvariante als sogenannte Glattlamelle ausgebildet. Die als Sicken ausgebildeten Versteifungen 28 sind dabei bevorzugt in die erste Lamellenflanke 21 eingebracht.
Denkbar ist auch, solche als Sicken ausgebildete Versteifungen 28 auch in die zweite Lamellenflanke 22 einzubringen.
Die als Sicken ausgebildeten Versteifungen 28 sind auch hier bevorzugt senkrecht unterhalb der Mittellinie der Rohrkanäle 6 in die erste Lamellenflanke 21 eingebracht. Die erste Lamellenflanke 21 ist dabei die Lamellenflanke, von der der Kragen 62 weg weist.
Bezugszeichenliste

1: Wärmeaustauscher
2: Lamelle
21: Lamellenflanke
22: Lamellenflanke
23: Nockenrücken
24: Nockenrücken
25: Beabstandungselement
26: Ausstülpung
27: Zwischenraum
28: Versteifung
29: versteifter Bereich
3: Rohr
4: Umformelement
41: Drückrolle
42: Drehachse
43: Umfangskontur
5: Formteil
51: Steg
52: Ausnehmung
53: Basis
54: Knick
6: Rohrkanal
61: Aufnahme
62: Kragen
63: Stufe
64: Teilabschnitt
7: Walzstation
8: Niederhalter
9: Schneideinrichtung
91: Messer
92: Schneidauflage
10: Aushebeelement
11: Gliederkette
12: Führungswalze
13: Führungswalze
14: Walze
15: Walze
16: Führungssteg
17: zweite Walze
X: Längsrichtung
Y: Querrichtung
Z: Höhe
M: Abstand zweiter Nockenrücken zu Rohrkanalgrund
H: Höhe der Lamelle
NT: Nockenteilung
T: Tiefe der Rohrkanäle
d_V: Ausdehnung
d_L: Ausdehnung
R: Drehrichtung Drückrolle
V: Bewegungsrichtung Lamelle
Q₁: Kanalquerschnitt
Q₂: Kanalquerschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202014105709 U1 [0002]
WO 2004/025203 A1 [0002, 0005]

Claims

Wellenförmige Lamelle (2) für einen Wärmeaustauscher (1), insbesondere einer Wärmepumpe, aufweisend – eine Vielzahl von durch erste und zweite Nockenrücken (23, 24) miteinander verbundene Lamellenflanken (21, 22), – wobei ein jeweiliger erster Nockenrücken (23) jeweils eine erste Lamellenflanke (21) mit einer zweiten Lamellenflanke (22) einer Lamellenwelle und ein jeweiliger zweiter Nockenrücken (24) jeweils eine zweite Lamellenflanke (22) einer Lamellenwelle mit einer ersten Lamellenflanke (21) einer benachbarten Lamellenwelle verbindet, – in die ersten Nockenrücken (23) eingeformte Aufnahmen (61) zur Ausbildung eines Rohrkanals (6) zur Aufnahme von Teilquerschnitten eines Rohres (3), dadurch gekennzeichnet, dass – die Aufnahmen (61) Kragen (62) aufweisen, die aus sich überlappenden Materialabschnitten der zu Aufnahmen (61) umgeformten Bereiche der ersten Nockenrücken (23) und der an diese angrenzenden Bereiche der Lamellenflanken (21, 22) geformt sind, – wobei die Kragen (62) der Aufnahmen (61) sich in gleicher Richtung zu einem benachbarten ersten Nockenrücken (23) hin erstrecken.
Lamelle (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilabschnitt der Kragen (62) an der Aufnahme (61) des benachbarten ersten Nockenrückens (23) anliegen.
Lamelle (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilabschnitt (64) der Kragen (62) auf einer an der Aufnahme (61) des benachbarten ersten Nockenrückens (23) geformten Stufe (63) aufliegen.
Lamelle (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Lamellenflanken (21, 22) der Lamelle (2) Beabstandungselemente (25) angeordnet sind.
Lamelle (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beabstandungselemente (25) als in den Lamellenflanken (21, 22) eingedrückte Abwinklungen ausgebildet sind.
Lamelle (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest an den den Kragen (62) abgewandten ersten Lamellenflanken (21) der Lamelle (2) unterhalb der Aufnahmen (61) Versteifungen (28) angeordnet sind.
Lamelle (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungen (28) als sich senkrecht zu einer Mittellinie der Rohrkanäle (6) von den ersten Nockenrücken (23) hin zu den zweiten Nockenrücken (24) eingeformte Abwinklungen ausgebildet sind.
Lamelle (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungen (28) als sich senkrecht zu einer Mittellinie der Rohrkanäle (6) von den ersten Nockenrücken (23) hin zu den zweiten Nockenrücken (24) eingeformte Sicken ausgebildet sind.
Verfahren zur Herstellung einer wellenförmigen Lamelle (2) für einen Wärmeaustauscher (1), insbesondere einer Wärmepumpe, aufweisend die Verfahrensschritte: a) Formen eines Metallbleches zu einer wellenförmigen Lamelle (2) mit einer Vielzahl von durch erste und zweite Nockenrücken (23, 24) miteinander verbundene erste und zweite Lamellenflanken (21, 22), b) Aufbringen der Lamelle (2) auf ein Formteil (5) mit einer Vielzahl von mit Ausnehmungen (52) zur Formung eines Rohrkanals (6) in den ersten Nockenrücken (23) versehenen Stegen (51), die zwischen jeweiligen zweiten Nockenrücken (24) in jeweilige durch die Lamellenflanken (21, 22) und die ersten Nockenrücken (23) begrenzten Zwischenräume (27) eingeführt werden, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt c) Formen von den Rohrkanal (6) bildenden Aufnahmen (61) in den ersten Nockenrücken (23) und der daran angrenzenden Bereiche der Lamellenflanken (21, 22) durch Verfahren der Lamelle (2) relativ zu einem Formelement (4) in einer einer Längsachse des Rohrkanals (6) entsprechenden Richtung, wobei das Formelement (4) relativ zur Lamelle (2) so positioniert ist, dass das Formelement (4) beim Verfahren der Lamelle (2) relativ zu dem Formelement (4) die den Rohrkanal (6) bildenden Aufnahmen (61) in die ersten Nockenrücken (23) und die an diese angrenzenden Bereiche der Lamellenflanken (21, 22) drückt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Materialabschnitt der Aufnahmen (61) zu einem sich in Richtung eines benachbarten ersten Nockenrückens (23) erstreckenden Kragen (62) geformt wird, wobei der Kragen (62) aus sich überlappenden Materialabschnitten der zu Aufnahmen (61) umgeformten Bereiche der ersten Nockenrücken (23) und der an diese angrenzenden Bereiche der Lamellenflanken (21, 22) geformt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Formen der den Rohrkanal (6) bildenden Aufnahmen (61) durch Eindrücken mit einem wenigstens eine Drückrolle (41) aufweisenden Formelement (4) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Drückrolle (41) gegenläufig zur Relativbewegung zwischen der Lamelle (2) und dem Formelement (4) um eine Drehachse (42) des Formelements (4) angetrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamelle (2) an einem ortsfest positionierten Formelement (4) entlang verfahren wird.
Vorrichtung zur Herstellung einer wellenförmigen Lamelle (2) für einen Wärmeaustauscher (1), insbesondere einer Wärmepumpe, aufweisend: – eine Walzstation (7) zum Formen eines Metallbleches zu einer wellenförmigen Lamelle (2) mit einer Vielzahl von durch erste und zweite Nockenrücken (23, 24) miteinander verbundene erste und zweite Lamellenflanken (21, 22), – ein Formteil (5) mit einer Vielzahl von mit Ausnehmungen (52) zur Formung eines Rohrkanals (6) in den ersten Nockenrücken (23) versehenen Stegen (51), die zwischen jeweiligen zweiten Nockenrücken (24) in jeweilige durch die Lamellenflanken (21, 22) und die ersten Nockenrücken (23) begrenzten Zwischenräume (27) einführbar sind, gekennzeichnet durch – ein Formelement (4) mit einer dem Rohrkanal (6) entsprechenden Umfangskontur (43) zum Formen von den Rohrkanal (6) bildenden Aufnahmen (61) in den ersten Nockenrücken (23) und daran angrenzender Bereiche der Lamellenflanken (21, 22), – wobei das Formelement (4) so angeordnet ist, dass es in die ersten Nockenrücken (23) und die daran angrenzenden Bereiche der Lamellenflanken (21, 22) in einer einer Längsachse des Rohrkanals (6) entsprechenden Richtung einfährt und dabei die den Rohrkanal (6) bildenden Aufnahmen (61) in die ersten Nockenrücken (23) und die an diese angrenzenden Bereiche der Lamellenflanken (21, 22) drückt.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Formelement (4) wenigstens eine Drückrolle (41) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Drückrolle (41) ortsfest montiert um eine Drehachse (42) drehbar ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Drückrolle (41) gegenläufig zur Relativbewegung zwischen der Lamelle (2) und dem Formelement (4) um ihre Drehachse (42) angetrieben ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (5) eine mit den Stegen (51) versehene Gliederkette (11) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (5) eine Walze (14, 15) mit auf einer Mantelfläche angeordneten Stegen (51) aufweist.
Wärmeaustauscher (1), insbesondere eines Wärmepumpen-Trockners, aufweisend – wenigstens ein über mehrere Rohrlagen jeweils mäanderförmig gebogenes Rohr (3) zur Durchleitung eines zu kühlenden oder zu erwärmenden ersten Mediums, – zwischen den Rohrlagen des Rohres (3) angeordnete Lamellen (2) zur Durchleitung eines zu erwärmenden oder zu kühlenden zweiten Mediums, – wobei in ersten Nockenrücken (23) der Lamellen (2) Aufnahmen (61) vorgesehen sind, in denen Teilquerschnitte von Rohrabschnitten des Rohres (3) aufgenommen sind, – wobei jeweils die Aufnahmen (61) an den Nockenrücken (23) zweier übereinander benachbart angeordneter Lamellen (2) Rohrkanäle (6) bilden, in denen die Rohrabschnitte des Rohres (3) aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, dass – die Lamellen (2) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet sind.