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Wärmeaustauscher aus Hohlräume enthaltendem Blech und Verfahren zu
seiner Herstellung Wärmeaustauscher aus Hohlräume enthaltendem Blech werden beispielsweise
als Verdampfer in Kühlschränken verwendet. Sie können aus verschiedenartigen Metallen,
wie Stahl, Tombak, Kupfer oder Aluminium bestehen und nach verschiedenen Verfahren
hergestellt werden. So ist es bekannt, auf ein gesicktes Blech ein ebenes zu löten
oder zu schweißen. Bekannt ist es ferner, Trennmittelstäbe aus Metall zu umgießen
und den Gußblock zu einem Blechband auszuwalzen. In dem Band befinden sich dann
dünne Trennmittelschichten, die aus dem Werkstoff der Stäbe bestehen. Hohlräume
können dort, wo sich diese Schichten befinden, hydraulisch oder pneumatisch durch
Aufblähen gebildet werden.
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Eine andere Möglichkeit, Hohlräume enthaltende Bleche zu erzeugen
besteht darin, daß ein ebenes Blech stellenweise mit einem Schweißung verhindernden
Stoff bedruckt und auf dasselbe ein zweites, unbedrucktes Blech aufgelegt wird.
Das so gebildete Doppelblech wird dann durch Kalt- oder Warmwalzen zu einem einzigen
Blech verschweißt, in dem sich stellenweise dünne Trennmittelschichten befinden.
Auch hier werden Hohlräume gebläht.
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Schließlich ist es nicht mehr neu, ebene Bleche in einer Presse, deren
Platten Höhlungen aufweisen, bei erhöhter Temperatur aufeinanderzulöten oder preßzuschweißen
und dort pneumatisch Hohlräume zwischen den Blechen zu blähen, wo es die Höhlungen
in den Platten zulassen.
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Bei jedem der angeführten Verfahren ist es möglich und bekannt, Hohlräume
enthaltende Bleche herzustellen, bei denen die Hohlraumwände nur auf einer Seite
des Bleches auswärts gewölbt, auf der anderen Seite aber eben sind. Solche auf einer
Seite ebenen Bleche sind beispielsweise dann erwünscht, wenn sie als Verdampfer
in Kühlschränken dienen sollen. Denn auf einer ebenen Verdampferfläche läßt sich
zu kühlendes Gut schneller abkühlen, als auf einer Fläche mit auswärts gewölbten
Hohlraumwänden, weil die Berührungsfläche und damit auch der Wärmeübergang größer
ist.
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Aus Kostengründen werden Hohlräume enthaltende Bleche so dünn wie
möglich erzeugt. Herrscht in den Flohlräumen überdruck, so werden ebene Hohlraumwände
nach auswärts gewölbt, wenn die Wände zu dünn und gar noch zu weich sind. Die derzeit
gebräuchlichen Verdampfer für Kühlschränke z. B. dürfen ihre Gestalt bei einem Prüfdruck
von etwa 15 atü nicht verändern. Um bei den oben angeführten Fertigungsverfahren
ebene Wände zu erzielen, die ausreichend widerstandsfähig gegen einen Innenüberdruck
sind, wurden bereits mehrere Maßnahmen angewendet. So kann bei den durch Verlöten
oder Verschweißen zweier Bleche erzeugten, Hohlräume enthaltenden Blechen eines
der Bleche entweder dicker oder aus einer mechanisch festeren Legierung gewählt
werden. Beide Verfahren wirken aber verteuernd; letzteres ist darüber hinaus nachteilig,
weil sich der beim Beschneiden der Bleche entstehende Abfall nicht ohne weiteres
wieder verwenden läßt. Auch wurde bereits vorgeschlagen, bei Blechen, die aus einem
gesickten und einem ebenen Blech zusammengelötet oder geschweißt werden, das ebene
Blech auf der Innenseite durch aufgelegte Blechstücke dort zu verstärken, wo breitwandige
Hohlräume vorhanden sind. Diese Maßnahme ist umständlich und läßt sich allenfalls
an einigen Stellen durchführen. Schließlich ist es bekannt, einen breitwandigen
Hohlraum durch mehrere parallele engwandige zu ersetzen. Dieser Ausweg ist aber
nur dann gangbar, wenn die hierdurch hervorgerufene Änderung der Strömungsvorgänge
nicht nachteilig ist.
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Erfindungsgemäß sind die Wände der Hohlräume enthaltenden Bleche für
Wärmeaustauscher nur auf einer Blechseite nach außen gewölbt, während sie auf der
anderen Blechseite einwärts gewölbt sind. Die letzteren Hohlraumwände sind gegenüber
inneren überdruck widerstandsfähiger als ebene Wände. So hat es sich gezeigt, daß
beispielsweise bei walzgeschweißten und zwischen ebenen Halteplatten ge-
blähten
Wärmeaustauscherblechen aus Reinaluminium 10 mm breite und 0,7 mm
dicke ebene Hohlraumwände bereits bei 5 atii Innendruck 0,5 mm nach
auswärts gebeult werden. Waren die Wände jedoch nicht eben, sondern 0,5 mm
einwärts gewölbt, so waren 17 atü erforderlich, um die Wände in die auswärts
gewölbte Lage zu drücken.
Einwärts gewölbte Hohlraumwände lassen
sich bei Blechen, bei denen die Hohlräume entweder in eine Form gebläht werden,
oder die aus einem geprägten und einem ebenen Blech zusammengelötet oder geschweißt
werden, dadurch erzielen, daß nur die Hohlform entsprechend gestaltet, bzw. auch
das ebene Blech entsprechend geprägt wird. Bei Blechen, die durch Walzschweißen
bedruckter Doppelbleche oder durch Walzen eines Trennmittelstabes enthaltenden Gußblockes
hergestellt sind und bei denen Hohlräum e zwischen ebenen Halteplatten gebläht werden,
liegen indessen die Hohlräume nicht immer an genau denselben Stellen.
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Ebene Hohlraumwände können also dann nicht mit einem Prägewerkzeug
auf einer Blechseite einwärts gewölbt werden. Die erfindungsgemäß gestalteten Bleche
mit einwärts gewölbten Hohlraumwänden können unter Zuhilfenahme von die Höhe der
Hohlräume begrenzenden ebenen, zueinander parallelen Halteplatten erlangt werden,
wenn sich zwischen der einen Halteplatte und dem Blech eine Schicht eines plastisch
verformbaren festen Stoffes befindet, deren Dicke geringer ist als der um die Blechdicke
verminderte Abstand der Halteplatten. Beim Blähen werden dann nämlich zunächst die
Hohlraumwände auf beiden Blechseiten etwas auswärts gewölbt, bis die Wände an der
einen Halteplatte einerseits und an der plastischen Schicht andererseits anliegen.
Wird weiter gebläht, so drücken sich die Wände auf der einen Seite in die plastische
Schicht und werden stärker nach außen gewölb4 während sie auf der anderen Seite
gegen die ebene Halteplatte gepreßt und dabei eingedellt, also einwärts gewölbt
werden.
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Es ist bereits bekannt, elastische, aber nicht plastische Schichten,
z. B. Schaumgummi zwischen die eine Halteplatte und das zu blähende Blech
zu
legen, um auf einer Seite ebene Hohlraumwände zu erhalten. Ferner ist auch
schon zum gleichen Zweck ein unter Druck stehendes Flüssigkeitspolster benutzt worden.
Einwärts gewölbte Hohlraumdecken wurden damit aber noch nicht hergestellt und würden
sich auch lediglich mit einem Flüssigkeitspolster erzielen lassen, wenn der Blähdruck
in Abhängigkeit vom Druck im Flüssigkeitspolster genau gesteuert würde. Diese Arbeitsweise
wäre umständlich und schwierig.
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Zur Erläuterung der Erfindung dienen die Abbildungen. Sie zeigen die
erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher und wie das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung
derselben durchgeführt werden kann.
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Die A b b. 1 veranschaulicht in schematischer Darstellung ein
walzgeschweißtes Blech 1, das in an sich bekannter Weise aus zwei Einzelblechen
entstanden ist, zwischen welchen sich dünne Schichten 2 eines nichtmetallischen
und daher nichtschweißbaren Stoffes, wie z. B. Graphit, befinden. Die
Ab b. 2 läßt dasselbe Blech nach dem Aufblähen erkennen, wobei Hohlräume
3 entstanden sind und das Blech beiderseitig Ausbauchungen im Bereich der
Schichten 2 erhalten hat. Ein auf ein solches Blech gelegter Gegenstand, beispielsweise
das Kühlgut in einem Kühlschrank, hat nur linienförmige Berührung mit den nach außen
gewölbten Wänden der Hohlräume 3. Die in der Ab b. 3 gezeigte auf
einer .Seite des Bleches 1 ebene Form der Wände erlaubt eine flächige Berührung
mit einem flachen Gegenstand. Die ebenen Wände bleiben aber bei überdruck in den
Hohlräumen 3 nur dann eben, wenn entweder die Wandstärke ausreichend dick
oder der Blechwerkstoff mechanisch fest ist oder schließlich die Hohlräume sehr
schmal sind. Sind die Wände dünn, so werden sie, wie dies die A b b. 4 erkennen
läßt, ausgebeult. Eine flächige Berührung mit einem ebenen Gegenstand ist dann nur
noch in weit geringerem Maße als im Falle der Ab b. J möglich. Hingegen behalten
die nach Ab b. 5 auf einer Seite des Bleches 1 nach innen gewölbten
Wände der Hohlräume 3 auch noch bei erheblichem Innendruck ihre Gestalt.
Die flächige Berührung ist in weitaus größeren Bereichen gewährleistet, so daß auch
ein entsprechend guter Wärmeübergang nach dem Kühlgut hin besteht.
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Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Bleche für den Wärmeaustauscher
wird von dem an sich bekannten, durch Schweißplattieren gewonnenen Blech
1 entsprechend der Darstellung nach der Ab b. 6 ausgegangen. Es wird
zwischen zwei Halteplatten 4 und 5, in deren Zwischenräume sich ein plastisch
verformbarer Stoff 6 befindet, gelegt, so daß er nicht an der oberen Halteplatte
4 anliegt. Durch Aufblähen entstehen im Bereich der dünnen Schichten 2 entsprechende
Hohlräume 3. Diesen Zustand veranschaulicht die Ab b. 7. Die Hohlräume
3 sind zunächst von linsenförmiger Gestalt und von solcher lichten Höhe,
daß die Hohlraumwände die obere Halteplatte 4 berühren. Der Blähdruck wird nunmehr
gesteigert. Die unteren Wände der Hohlräume 3 dringen dabei in den plastisch
verformbaren Stoff 6 ein. Das Blech 1 wird hierdurch gegen die obere
Halteplatte 4 gepreßt, und die dieser zugekehrten Wände der Hohlräume
3 erfahren eine Einbeulung nach innen, wie dies die Ab b. 8 erkennen
läßt.
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Als plastisch verformbarer Stoff 6 dient zweckmäßig ein Polymerisationskunststoff,
der nicht an dem zu blähenden Blech klebt und nicht nur plastisch, sondern auch
noch etwas elastisch ist. Solche Stoffe werden als Plastoplaste bezeichnet. Hierfür
können z. B. Gemische aus Polyäthylen und Polyisobutylen benutzt werden, die die
erforderlichen mechanischen Eigenschaften aufweisen.