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Die Erfindung betrifft einen turbulenzerzeugenden Einsatz für einen Strömungskanal eines Wärmetauschers mit in Abfolgerichtung angeordneten unter einem vorbestimmten Versatz in Wellenrichtung zueinander positionierten Rippen aufweisenden Rippenwellen, wobei Wellenberge und/oder Wellentäler der Rippenwellen einen abgeflachten Scheitelbereich aufweisen.
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Aus der
US3983932 sind turbulenzerzeugende Einsätze bekannt, die einen abgeflachten Scheitelbereich der Wellenberge und/oder der Wellentäler aufweisen. Dabei sind die Rippen der Rippenwellen unter einem voreingestellten Anstellwinkel in Abfolgerichtung angeordnet. Die abgeflachten Scheitelbereiche der Wellenberge und/oder Wellentäler sind flach und eben ausgebildet.
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Ähnliche turbulenzerzeugende Einsätze sind ebenfalls aus der
US20170051982A1 bekannt.
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Derartige zuvor beschriebene turbulenzerzeugende Einsätze werden üblicherweise im Wesentlichen mittels eines Stanzprozesses hergestellt, sodass sich auch die abgeflachten ebenen Scheitelbereiche in den Wellenbergen und/oder Wellentälern einstellen. Es besteht aber ein vermehrter Bedarf nach turbulenzerzeugenden Einsätzen, die mit effizienteren Verfahren als dem Stanzen hergestellt werden können. So kann beispielsweise mittels der Herstellung unter Verwendung von Profilwalzen turbulenzerzeugende Einsätze effizienter und kostengünstiger hergestellt werden.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem für einen derartigen turbulenzerzeugenden Einsatz eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass die turbulenzerzeugenden Einsätze mit einem effizienteren Herstellungsverfahren, beispielsweise mit einem Herstellungsverfahren unter Verwendung von Profilwalzen hergestellt werden.
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In einem Aspekt der Erfindung wird ein turbulenzerzeugender Einsatz für einen Strömungskanal eines Wärmetauschers mit in Abfolgerichtung angeordneten, unter einem vorbestimmten Versatz in Wellenrichtung zueinander positionierten Rippen aufweisenden Rippenwellen vorgeschlagen, wobei Wellenberge und/oder Wellentäler der Rippenwellen einen abgeflachten Scheitelbereich aufweisen, der eine unter einem vorbestimmten ersten Winkel zur Wellenrichtung verlaufende Schrägstellung aufweist.
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Vorteilhaft kann zur Herstellung derartiger turbulenzerzeugender Einsätze ein Herstellungsverfahren unter Verwendung von Profilwalzen angewandt werden, da mittels der Verwendung von Profilwalzen üblicherweise der abgeflachte Scheitelbereich der Wellentäler und/oder Wellenberge eine zumindest unter einem vorbestimmten ersten Winkel zur Wellenrichtung verlaufende Schrägstellung aufweist. Derartige Schrägstellungen sind durch das Herstellungsverfahren mittels Profilwalzen bedingt, beeinträchtigen aber die Wirkweise der turbulenzerzeugenden Einsätze im Einbauzustand in dem Wärmeübertrager nur unwesentlich, sodass bei vereinfachter Herstellungsweise mit Profilwalzen effizient kostengünstige turbulenzerzeugende Einsätze produziert werden können.
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Dabei versteht man unter Wellenrichtung diejenige Richtung, in der die Wellenberge und/oder Wellentäler einer Rippenwelle abfolgen. Unter der Abfolgerichtung ist demzufolge diejenige Richtung zu verstehen, in der die Rippenwellen aufeinander abfolgen.
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Unter einem vorbestimmten Versatz ist die von der vorhergehenden Welle in Wellenrichtung versetzte Anordnung der nachfolgenden Welle zu verstehen, wobei der vorbestimmte Versatz von Rippe zu Rippe der jeweiligen Wellen oder von Scheitelbereich zu Scheitelbereich der jeweiligen Wellen ermittelt werden kann.
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Unter Rippen sind die Bereiche der Rippenwelle zu verstehen, die zwischen Wellenberg und Wellental angeordnet sind.
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Die Ermittlung des ersten vorbestimmten Winkels kann derart vorgenommen werden, dass innerhalb einer Welle die höchstens Punkte der Rippenwelle miteinander verbunden werden, und danach der vorbestimmte erste Winkel ermittelt wird, der von der Schrägstellung des abfallenden Scheitelbereichs in Wellenrichtung und der Verbindungslinie begrenzt wird.
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Des Weiteren kann der vorbestimmte erste Winkel 0,5° bis 20° betragen.
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Es ist auch denkbar, dass der vorbestimmte erste Winkel 1° bis 15° beträgt, insbesondere 2° bis 13°, ggf. 3° bis 10° oder beispielsweise 4° bis 9°.
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Vorteilhaft stellen sich derartige zuvor genannte erste vorbestimmte Winkel üblicherweise bei der Herstellung mittels Profilwalzen ein.
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Des Weiteren kann der abgeflachte Scheitelbereich eine unter einem vorbestimmten zweiten Winkel zur Abfolgerichtung verlaufende zweite Schrägstellung aufweisen.
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Bei den favorisierten Herstellungsverfahren mittels Profilwalzen kann sich auch eine zur Ablauffolgerichtung verlaufende zweite Schrägstellung einstellen, sodass der turbulenzerzeugende Einsatz zusätzlich oder alternativ eine derartige zweite Schrägstellung aufweist.
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Die Ermittlung des vorbestimmten zweiten Winkels kann derart vorgenommen werden, dass ein Schnitt in Abfolgerichtung durch den abfallenden Scheitelbereich gelegt wird. Innerhalb dieses Schnittes werden die höchstens Punkte der jeweiligen Rippenwellen miteinander verbunden, und danach der vorbestimmte zweite Winkel ermittelt, der von der Schrägstellung des abfallenden Scheitelbereichs in Abfolgerichtung und der Verbindungslinie begrenzt wird.
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Dabei ist es auch denkbar, dass der turbulenzerzeugende Einsatz die unter einem vorbestimmten ersten Winkel zur Wellenrichtung verlaufende Schrägstellung nicht aufweist, sodass der turbulenzerzeugende Einsatz lediglich im abgeflachten Scheitelbereich eine unter einem vorbestimmten zweiten Winkel zur Abfolgerichtung verlaufende zweite Schrägstellung aufweist.
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Des Weiteren kann der vorbestimmte zweite Winkel 0,5° bis 2° betragen.
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Es ist auch denkbar, dass der vorbestimmte zweite Winkel 1 ° bis 15° beträgt, insbesondere 2° bis 13°, ggf. 3° bis 10° oder beispielsweise 4° bis 9°.
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Vorteilhaft stellen sich derartige zuvor genannte zweite vorbestimmte Winkel üblicherweise bei der Herstellung mittels Profilwalzen ein.
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Des Weiteren können die Rippen unter einem vorbestimmten Anstellwinkel in Abfolgerichtung angeordnet sein.
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Vorteilhaft kann durch einen derartigen vorbestimmten Anstellwinkel die Turbulenz im turbulenzerzeugenden Einsatz und demzufolge die Effizienz des Wärmeüberganges verbessert werden.
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Des Weiteren kann der vorbestimmte Anstellwinkel 15° bis 45° betragen.
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Es ist auch denkbar, dass der vorbestimmte Anstellwinkel 15° bis 40° beträgt, insbesondere 20° bis 40°, ggf. 25° bis 40° und beispielsweise 30° bis 40°.
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Vorteilhaft können durch derartige Anstellwinkel die Turbulenz im turbulenzerzeugenden Einsatz in gewünschter Art und Weise beeinflusst werden.
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Des Weiteren können die einzelnen Rippen oder Gruppen von Rippen in Abfolgerichtung alternierend einen Vorzeichenwechsel des vorbestimmten Anstellwinkels erfahren.
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Vorteilhaft kann auch durch die im Vorzeichen alternierenden vorbestimmten Anstellwinkel die Turbulenz in gewollter und gewünschter Art und Weise beeinflusst werden.
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Dabei versteht man unter einem Vorzeichenwechsel den Wechsel der Richtung der in Abfolgerichtung orientierten vorbestimmten Anstellwinkel. So kann beispielsweise, wenn relativ zur Abfolgerichtung die Rippe nach rechts oder links angestellt ist, die jeweilige Richtung als Plus oder Minus und demzufolge mit einem Vorzeichen versehen werden. Ein Vorzeichenwechsel bedeutet demzufolge, dass einzelne Rippen oder Gruppen von Rippen in Abfolgerichtung abwechselnd nach rechts orientiert oder links orientiert angestellt sind.
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Des Weiteren kann der Versatz 10% bis 60% einer Wellenlänge der Rippenwelle betragen.
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Es ist auch denkbar, dass der Versatz 10% bis 50%, ggf. 15% bis 50%, beispielsweise 20% bis 50% oder beispielsweise 25% bis 50% einer Wellenlänge der Rippenwelle beträgt.
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Vorteilhaft kann durch Variation eines derartigen Versatzes die Turbulenz in gewünschter Art und Weise variiert werden, sodass durch Variation des jeweiligen Versatzes sich die gewünschte Effizienz des turbulenzerzeugenden Einsatzes einstellen lässt.
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Weiterhin kann die Schnittbreite der Rippenwelle in Abfolgerichtung 5% bis 50% der Wellenlänge der Rippenwelle betragen.
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Es ist auch denkbar, dass die Schnittbreite der Rippenwelle in Abfolgerichtung 10% bis 50%, ggf. 10% bis 45%, insbesondere 15% bis 45%, ggf. 15% bis 40% und beispielsweise 20% bis 40% der Wellenlänge der Rippenwelle beträgt.
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Dabei versteht man unter der Wellenlänge der Rippenwelle die Länge von einem Rippenberg zum nächsten folgenden Rippenberg der Rippenwelle, wobei die Wellenlänge jeweils von dem höchsten Punkt des einen Rippenberges zum nächsten höchsten Punkt des anderen Rippenberges ermittelt werden kann. Dies kann analog auch für die Rippentäler durchgeführt werden.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Wärmeübertrager, insbesondere ein Ölkühler, mit einem turbulenzerzeugenden Einsatz wie zuvor beschrieben vorgeschlagen.
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Vorteilhaft kann bei Verwendung von derartigen turbulenzerzeugenden Einsätzen Wärmeübertrager hergestellt werden, die hinsichtlich des turbulenzerzeugenden Einsatzes günstiger produziert werden können und bei denen die turbulenzerzeugenden Einsätze mittels eines effizienten und kostengünstigen Verfahrens hergestellt werden können.
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Es zeigen, jeweils schematisch:
- 1 eine dreidimensionale Ansicht eines turbulenzerzeugenden Einsatzes,
- 2 einen Schnitt gemäß der Schnittlinie II durch den turbulenzerzeugenden Einsatz der 1,
- 3 einen Schnitt gemäß der Schnittlinie III durch den turbulenzerzeugenden Einsatz der 1,
- 4 einen Schnitt gemäß der Schnittlinie IV durch den turbulenzerzeugenden Einsatz der 1,
- 5 einen Schnitt gemäß der Schnittlinie V durch einen turbulenzerzeugenden Einsatz der 1.
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In 1 ist ein turbulenzerzeugender Einsatz 100 dargestellt, der in Wellenrichtung 110 verlaufende Rippenwellen 120 aufweist. Diese Rippenwellen 120 sind in Abfolgerichtung 130 angeordnet und weisen Wellenberge 140, Wellentäler 150 auf.
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Zwischen den Wellenbergen 140 und den Wellentälern 150 sind jeweils Rippen 160 angeordnet, die die Wellenberge 140 mit den Wellentälern 150 materialtechnisch verbinden.
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Im Bereich der Wellenberge 140 und/oder der Wellentäler 150 weisen die Rippenwellen einen abgeflachten Scheitelbereich 170 auf, dessen Form sich letztendlich aufgrund des Herstellungsverfahrens mittels Profilwalzen ausbildet und entgegen zur Herstellung durch Stanzen nicht parallel zu eine Oberseite 173 oder Unterseite 176 des turbulenzerzeugenden Einsatzes 100 ausgebildet ist.
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Die wie in der 1 dargestellte Form des abgeflachten Scheitelbereiches 170 kann im Bereich der Wellentäler 150 analog ausgebildet sein.
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In der 1 sind nunmehr mehrere Schnittlinien I bis V eingezeichnet, mittels derer die Formen des turbulenzerzeugenden Einsatzes 100 detailliert beschrieben werden kann.
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Die 2 zeigt einen Schnitt durch den turbulenzerzeugenden Einsatz 100 gemäß der Schnittlinie II in 1, der im Wesentlichen parallel zur Oberseite 173 oder Unterseite 176 des turbulenzerzeugenden Einsatzes 100 in etwa mittig durch denselben verläuft.
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Durch einen derartigen Schnitt können vor allem die Position und Stellung der Rippen 160 zueinander verdeutlicht werden.
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In Abfolgerichtung 130 kann dabei erkannt werden, dass die Rippenwellen unter einem vorbestimmten Versatz 180 zueinander angeordnet sind. Ein derartiger vorbestimmter Versatz 180 kann dadurch ermittelt werden, dass der Abstand zwischen zwei Wellenbergen 140 oder zwei Wellentälern 150 benachbarter Rippenwellen 120 zueinander ermittelt wird. Dabei können die höchsten Punkte der Wellenberge 140 in Abfolgerichtung 130 miteinander verbunden werden und der Abstand zwischen den zwei resultierenden Geraden als vorbestimmter Versatz 180 ermittelt werden.
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Des Weiteren kann erkannt werden, dass die Rippen 160 unter einem vorbestimmten Anstellwinkel α in Abfolgerichtung angeordnet sind. In der in der 2 gezeigten Ausführungsform beträgt der vorbestimmte Anstellwinkel ca. 45°.
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Dabei kann der 2 entnommen werden, dass einzelne Rippen 160 in Abfolgerichtung 130 alternierend einen Vorzeichenwechsel +/- des vorbestimmten Anstellwinkels α erfahren.
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Weiterhin kann der vorbestimmte Versatz 180 10% bis 60% einer Wellenlänge 190 der Rippenwelle 120 betragen.
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Dabei kann die Wellenlänge 190 als Abstand zwischen zwei Rippen 160 entlang der Wellenrichtung 110 bestimmt werden, wie in 2 dargestellt.
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In der 3 und 4 ist ein Schnitt durch zwei in Abfolgerichtung 130 abfolgenden Rippenwellen 120 in Richtung der Wellenrichtung 110 und entlang der Höhenrichtung 200 des turbulenzerzeugenden Einsatzes 100 dargestellt.
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Den 3, 4 kann entnommen werden, dass sowohl die Wellenberge 140 als auch die Wellentäler 150 im abgeflachten Scheitelbereich 170 eine erste Schrägstellung 210 aufweisen, sodass je Wellenberg 140 bzw. Wellental 150 ein extremaler Punkt 220 ermittelt werden kann. Dabei ist im Falle des Wellenberges 140 der extremale Punkt 220 der höchste Punkt und im Falle des Wellentals 150 der extremale Punkt 220 der tiefste Punkt. Ein vorbestimmter erster Winkel β der ersten Schrägstellung 210 kann nun derart ermittelt werden, dass jeweils die extremalen Punkte 220 der Wellenberge 140 bzw. Wellentäler 150 einer Rippenwelle 120 miteinander verbunden werden, sodass der vorbestimmte erste Winkel β zwischen der ersten Schrägstellung 210 und der Verbindungslinie 230 der extremalen Punkte 220 ermittelt werden kann. Dabei ist davon auszugehen, dass der abgeflachte Scheitelbereich 170 eine erste Schrägstellung 210 aufweist, die zumindest abschnittsweise einen geraden Verlauf in Wellenrichtung 110 aufweist.
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Ist kein gerader Verlauf der ersten Schrägstellung 210 aufzufinden, so kann der vorbestimmte erste Winkel β als Winkelintervall angegeben werden, wobei die jeweiligen vorbestimmten ersten Winkel β zwischen den Tangenten an die erste Schrägstellung 210 und der Verbindungslinie 230 ermittelt werden. Dabei endet die erste Schrägstellung 210 ab dem Übergangsbereich, ab dem der abgeflachte Scheitelbereich 170 in die Rippe 160 übergeht.
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Zudem ist in der 3 dargestellt, dass die Wellenlänge 190 als Abstand zwischen zwei extremalen Punkten 220 zweier aufeinanderfolgende Wellenberge 140 oder Wellentäler 150 bestimmt werden kann.
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Die 5 zeigt nun einen Schnitt entlang der Abfolgerichtung 130 und der Höhenrichtung 200 durch den turbulenzerzeugenden Einsatz 100.
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Gemäß 5 weist der turbulenzerzeugende Einsatz 100 im abgeflachten Scheitelbereich 170 eine zweite Schrägstellung 240 auf, die in Abfolgerichtung 130 orientiert ist. Auch in Abfolgerichtung 130 kann bei einem derartigen Schnitt ein extremaler Punkt 250 bezüglich der Wellenberge 140 und Wellentäler 150 ermittelt werden. Eine Verbindungslinie 260 der extremalen Punkte 250 kann dazu herangezogen werden, einen vorbestimmten zweiten Winkel γ der zweiten Schrägstellung 240 zu bestimmen. Dabei wird der vorbestimmte zweite Winkel γ zwischen einer Tangente an die zweite Schrägstellung 240 und der Verbindungslinie 260 ermittelt.
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Dabei ist zu beachten, dass die Schnittlinien III, IV durch die jeweiligen Rippenwellen120 hinsichtlich einer Wellenbreite 270 der Rippenwelle 120, wie in 2 gezeigt, mittig gesetzt werden können.
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Die Schnittlinie V durch die in Abfolgerichtung 130 abfolgenden Rippenwellen 120 kann hinsichtlich einer Schnittbreite 280 des turbulenzerzeugenden Einsatzes 100 mittig gesetzt werden.
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Dabei kann die Schnittbreite 280 derart ermittelt werden, dass die äußersten Punkte der Rippen 160 von in Abfolgerichtung 130 aufeinander abfolgenden Rippenwellen 120 gemäß eines Schnittes II durch den turbulenzerzeugenden Einsatzes 100 miteinander verbunden werden. Der Abstand der beiden dabei resultierenden Verbindungslinie zueinander ergibt dann die Schnittbreite 280.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 3983932 [0002]
- US 20170051982 A1 [0003]
