DE19800096A1 - Gewellte Platte zur Verwendung als Innenrippe eines Wärmetauschers - Google Patents

Description

Die Anmeldung beruht auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 9-1 454, einge­ reicht am 8. Januar 1997, deren Priorität in Anspruch genommen wird und deren Inhalt hier durch Bezugnahme eingeführt wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine gewellte Platte, die zu einer Wellungsge­ stalt (Wellengestalt) ausgebildet ist, die als Kühlrippe, die zu einer gewellten Ge­ stalt ausgebildet ist, bei einem Wärmetauscher wirksam Anwendung findet.

Im allgemeinen wird zur Veränderung der Wärmeaustauschfähigkeit eines Wär­ metauschers anstelle einer Veränderung der Kernbreitengröße eines Wärmetau­ schers (der Größe in der Richtung der Strömung von Luft) hauptsächlich eine Veränderung der Größe in einer Richtung rechtwinklig zu der Strömungsrichtung der Luft und die Zahl der Rohre verwendet.

Da eine Außenrippe, die zwischen den benachbarten Rohren liegt, in solcher Weise angeordnet ist, daß die Kammrichtung ihres abgebogenen Kammbereichs parallel zu der Luftstromrichtung verläuft, ist die Größe der Außenrippe in Kamm­ richtung im wesentlichen gleich der Größe der Kernbreite. Des weiteren wird die Größe in der Ausbreitungsrichtung der Rippe entsprechend der Größe in Längen­ richtung des Rohres verändert.

So wird die Außenrippe im allgemeinen hergestellt, indem eine dünne Aluminium­ platte, die das Rippenmaterial darstellt, in eine Stufen-Walzenformgebungsma­ schine eingeführt wird, um ein gewellt gestaltetes Rippenmaterial zu erhalten, dies derart, daß die Zuführungsrichtung parallel zu der Ausbreitungsrichtung der Rippe verläuft, und indem hiernach das Rippenmaterial in solcher Weise ge­ schnitten wird, daß seine Länge eine vorbestimmte Größe aufweist (d. h. die Zahl der abgebogenen Kämme eine vorbestimmte Zahl ist).

Wärmetauscher besitzen eine Aluminium-Innenrippe (deren Dicke etwa 0,1 mm mißt) innerhalb eines Rohres eines Ladeluftkühlers oder dergleichen zur Verbes­ serung des Wärmeaustauschvermögens.

Diese Innenrippe ist innerhalb des Rohres in einer solchen Weise angeordnet, daß die Richtung eines innerhalb des Rohres strömenden Fluids (d. h. die Längs­ richtung des Rohres) parallel zu der Richtung eines abgebogenen Kamms der In­ nenrippe verläuft, so daß die Richtung des abgebogenen Kamms der Innenrippe parallel zur Längsrichtung des Rohres verläuft. Entsprechend schwankt neben der Größe der Außengestalt der Innenrippe insbesondere die Größe der Innen­ rippe in der Richtung des abgebogenen Kamms entsprechend einer Veränderung der Größe des Rohres in Längenrichtung.

Das Herstellungsverfahren, bei dem die Zuführungsrichtung des Rippenmaterials parallel zu der Ausbreitungsrichtung der Rippe verläuft, kann nicht flexibel An­ wendung finden, beispielsweise nicht bei der Herstellung bzw. Ausbildung einer Innenrippe, wenn sich die Größe in der Richtung des abgebogenen Kamms ent­ sprechend der Größe des Rohres in Längenrichtung verändert.

Die Erfinder haben den Versuch unternommen, den abgebogenen Kamm in einer solchen Weise herzustellen, daß die Richtung des abgebogenen Kamms der Rippe parallel zu der Zuführungsrichtung des Rippenmaterials verläuft, und hier­ nach die Rippe in solcher Weise so zuzuschneiden, daß die Größe in der Rich­ tung ihres abgebogenen Kamms einen vorbestimmten Wert aufweist.

Gemäß Darstellung in Fig. 7 ist dieses Verfahren jedoch mit der Schwierigkeit verbunden, daß sich die Innenrippe von im wesentlichen dem Zentrum einer Viel­ zahl von abgebogenen Kämmen 221 aus verzieht.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu verhindern, daß sich eine ge­ wellt gestaltete Platte, die mit einer Vielzahl von abgebogenen Kämmen ausge­ stattet ist, von dem abgebogenen Kamm als einem Verziehungszentrum aus ver­ zieht.

Die vorliegende Erfindung macht von den nachfolgend angegebenen technischen Mitteln zur Lösung der eben beschriebenen Aufgabe Gebrauch.

Erfindungsgemäß ist bei einer Vielzahl von abgebogenen Kammbereichen der Abbiegungswinkel Θ eines endseitigen, abgebogenen Kamms in der Ausbrei­ tungsrichtung der abgebogenen Kämme kleiner als der Winkel θ der anderen ab­ gebogenen Kämme.

Wenn die gewellte Platte in einer solchen Weise hergestellt bzw. ausgebildet wird, daß die Richtung der abgebogenen Kämme parallel zu der Zuführungsrich­ tung des Rippenmaterials, wie oben angegeben, verläuft, tritt ein Ausziehen des Rippenmaterials in der Zuführungsrichtung D1 auf, d. h. in der Kammrichtung D1 des abgebogenen Rippenbereichs. Somit wird nach der Ausbildung der abgebo­ genen Rippen die rippenförmig gestaltete Platte durch die verbleibende Bean­ spruchung bewirkt, die auf dieses Ausziehen zurückgeht.

Diese Ausziehbeanspruchung ist mit der Wirkung verbunden, daß die gewellte Platte in der Kammrichtung D1, die der Ausziehung in der Kammrichtung D1 ent­ spricht, zusammengezogen wird. Da jedoch die abgebogenen Kämme in der Aus­ ziehrichtung ausgebildet werden, ist in dem Fall, daß die abgebogenen Kämme ausgebildet werden, die gewellte Platte in der Ausbreitungsrichtung deformierbar, kann sie sich jedoch nicht in der Kammrichtung leicht zurückbiegen, und zwar weil die Biegesteifigkeit in der Ausbreitungsrichtung D2, die rechtwinklig zu der Kamm­ richtung D1 verläuft, groß ist.

Der abgebogene Kammbereich ist nicht an der Außenseite des in der Ausbrei­ tungsrichtung endseitigen abgebogenen Kamms ausgebildet, so daß die abgebo­ genen Kämme an der in der Ausbreitungsrichtung endseitigen Seite durch eine nachgiebige Kraft nach der Ausbildung bewirkt werden, wobei der Abbiegungs­ winkel ϑ der abgebogenen Kammbereiche groß wird.

Nach der Ausbildung bzw. Herstellung wird die Abbiegesteifigkeit als eine Folge des Abbiegungswinkels Θ des endseitigen, abgebogenen Kammbereichs verrin­ gert, welcher Winkel größer als der Abbiegungswinkel θ der anderen abgeboge­ nen Kammbereiche wird. So wird die gewellte Platte in der Kammrichtung D1 durch die verbleibende Beanspruchung abgebogen, und verzieht sie sich von dem im wesentlichen zentralen Teil des Kamms in der Ausbreitungsrichtung D2 als eine ganze gewellte Platte.

Erfindungsgemäß kann bei einer Vielzahl von abgebogenen Kammbereichen, da der Abbiegungswinkel Θ des endseitigen abgebogenen Kammbereichs kleiner als der Abbiegungswinkel θ der anderen abgebogenen Kammbereiche ist, verhindert werden, daß die Biegesteifigkeit des in der Ausbreitungsrichtung D2 endseitigen Kammbereichs unter der Bedingung, daß der Abbiegungswinkel Θ durch die nachgiebige Kraft vergrößert wird, übermäßig verringert wird. Entsprechend kann verhindert werden, daß sich die gewellte Platte von im wesentlichen dem Zentrum der abgebogenen Kämme aus verzieht.

Des weiteren kann erfindungsgemäß in der einfachen Weise, daß der Abbie­ gungswinkel Θ kleiner als der andere Abbiegungswinkel θ eingestellt wird, ver­ hindert werden, daß sich die gewellte Platte verzieht; daher kann ohne einen gro­ ßen Investitionsaufwand für die Ausrüstung bzw. Ausstattung verhindert werden, daß sich die gewellte Platte verzieht.

Des weiteren wird es erfindungsgemäß bevorzugt, den Krümmungsradius r des endseitigen, abgebogenen Kamms kleiner als den Krümmungsradius der anderen abgebogenen Kämme einzustellen.

Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Er­ findung ergeben sich bei einem Studium der nachfolgenden Detailbeschreibung, der beigefügten Ansprüche und Zeichnungen, die alle Teile dieser Anmeldung darstellen. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ladeluftkühlers einer Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine geschnittene Ansicht eines flachen Rohres;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer inneren Rippe;

Fig. 4 eine Draufsicht in der Richtung des Pfeils A von Fig. 3;

Fig. 5A eine schematische Ansicht einer Walzenformgebungsvorrichtung;

Fig. 5B-5D schematische Ansichten eines Formgebungsvorgangs bei einer in­ neren Rippe;

Fig. 6 eine Draufsicht auf ein modifiziertes Beispiel der vorliegenden Erfin­ dung aus der Richtung des Pfeils A in Fig. 3;

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines Zustands des Verziehens einer in­ neren Rippe;
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeich­ nungen beschrieben.

Bei der vorliegenden Ausführungsform findet die gewellte Platte der vorliegenden Erfindung Anwendung als eine Innenrippe eines Ladeluftkühlers; und Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Ladeluftkühlers 1.

Das Bezugszeichen 2 bezeichnet ein flaches Rohr, das aus einer Aluminiumlegie­ rung hergestellt ist, (nachfolgend als "Rohr" bezeichnet), in dem mittels eines Kompressors (nicht dargestellt) unter Druck gesetzte Luft (nachfolgend als "Ladeluft" bezeichnet) strömt, und gemäß Darstellung in Fig. 2 ist dieses Rohr 2 durch Verlöten eines Paars von zu einer vorbestimmten Gestalt gepreßten Platten ausgebildet. Des weiteren sind zwischen allen benachbarten Rohren 2 gewellt gestaltete (wellenförmig gestaltete) Aluminium-Außenrippen 3 angeordnet, die den Wärmeaustausch zwischen der Ladeluft (einem ersten Fluid) und Luft (einem zweiten Fluid) begünstigen, das in der Richtung im wesentlichen rechtwinklig zu der Längsrichtung des Rohres 2 strömt. Diese Außenrippen 3 sind mit einer Platte 21 einstückig verlötet, wobei das Rohr 2 gebildet wird.

Gemäß Darstellung in Fig. 2 ist eine Aluminium-Innenrippe 22, die den Wärme­ austausch mit der Ladeluft begünstigt, innerhalb jedes Rohrs 2 angeordnet, und diese Innenrippe 22 ist zu einer Wellengestalt (gewellten Gestalt) mit einer Viel­ zahl von abgebogenen Kämmen 221 ausgebildet.

Des weiteren ist bei der Vielzahl von abgebogenen Kämmen der Abbiegungswin­ kel Θ des endseitig gelegenen, abgebogenen Kammbereichs 221 (nachfolgend als "endseitiger, abgebogener Kammbereiche 221a" bezeichnet) in der Ausbrei­ tungsrichtung des abgebogenen Kammbereichs 221 kleiner als der Abbiegungs­ winkel θ der anderen abgebogenen Kammbereiche 221. In bevorzugter Weise mißt der Abbiegungswinkel Θ höchstens 75% des Abbiegungswinkels θ. Bei­ spielsweise messen bei der vorliegenden Ausführungsform der Abbiegungswinkel Θ etwa 26° und der Abbiegungswinkel θ etwa 51°.

Die Abbiegungswinkel Θ und θ sind als Winkel zwischen den Verlängerungslinien benachbarter Schrägflächen 221b (221b') definiert.

Bei Betrachtung der Tangente L an dem Scheitelpunkt des abgebogenen Kamm­ bereichs 221 oder des endseitigen abgebogenen Kammbereichs 221a kann eine Beziehung zwischen den vorstehend angegebenen Abbiegungswinkeln Θ und θ wie nachfolgend angegeben zum Ausdruck gebracht werden.

Von der Schrägfläche 221b, die den endseitigen, abgebogenen Kammbereich 221a bildet, aus ist der Winkel β zwischen der endseitigen Schrägfläche 221b' der gesamten Innenrippe 22 und der Tangente L größer als der Winkel α zwischen der Schrägfläche 221b, die nicht mit der Schrägfläche 221b' identisch ist, und der Tangente L. Bei der vorliegenden Ausführungsform mißt der Winkel α etwa 64°, und mißt der Winkel β etwa 90°.

In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Einlaßanschluß, in den die Ladeluft eingeführt wird, und bezeichnet das Bezugszeichen 5 einen Auslaßan­ schluß, von dem aus die in dem Ladeluftkühler gekühlte Ladeluft abgegeben wird. Des weiteren bezeichnet das Bezugszeichen 6 einen Verteilungsbehälter, der die Ladeluft von dem Einlaßanschluß 4 in die jeweiligen Rohre 2 abgibt bzw. verteilt, und bezeichnet das Bezugszeichen einen Sammelbehälter, der die durch die je­ weiligen Rohre 2 hindurch geströmte Ladeluft sammelt.

Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung einer Innenrippe 22 erläutert.

Fig. 5A ist eine schematische Ansicht einer Walzenformgebungsvorrichtung 100, die die abgebogenen Kammbereiche 221, 221a der Innenrippe 22 bildet. In dieser Walzenformgebungsvorrichtung 100 ist eine Vielzahl von Walzen 101 eingebaut. Des weiteren werden durch Zuführen des Rippenmaterials 102 (dessen Dicke bei etwa 0,1 mm liegt) der Innenrippen 22 in die Walzenformgebungsvorrichtung 100 die abgebogenen Kammbereiche 221, 221a in solcher Weise ausgebildet, daß die Zuführungseinrichtung D1 des Rippenmaterials 102 parallel zu der Kamm­ richtung der abgebogenen Kammbereiche 221, 221a verläuft.

Fig. 5B-5D zeigen einen Vorgang der Ausbildung des abgebogenen Rippenbe­ reichs 221, wenn die Zuführung des Rippenmaterials weiter fortschreitet, wobei Fig. 5B der ersten Walze (1) der Walzen 101 entspricht, Fig. 5C der fünften Walze (5) der Walzen 101 entspricht, und Fig. 5D der elften Walze (11) der Wal­ zen 101 entspricht.

Wie aus Fig. 5B-5D ersichtlich ist, werden von der Vielzahl der Kämme der abge­ bogenen Kammbereiche 221 die abgebogenen Kammbereiche 221 von dem ab­ gebogenen Kammbereich 221 aus, der im Zentrum in der Richtung D2 rechtwink­ lig zu der Zuführungsrichtung D1 (nachfolgend als die "Ausbreitungsrichtung" be­ zeichnet) angeordnet ist, zu der Endseite in der Ausbreitungsrichtung hin in die­ ser Reihenfolge ausgebildet.

Der Innenrippe 22 der vorliegenden Ausführungsform entsprechend liegen wie oben angegeben die Zuführungsrichtung D1 des Rippenmaterials 102 und die Kammrichtung der abgebogenen Kammbereiche 221, 221a in derselben Rich­ tung. Auf diese Weise wird, wenn der abgebogene Kammbereich 221 ausgebildet wird, das Rippenmaterial 102 in der Zuführungsrichtung D1, d. h. der Kammrich­ tung D1 der abgebogenen Kammbereiche 221, 221a, stark ausgezogen bzw. verlängert; auf diese Weise wird nach der Ausbildung des abgebogenen Kamm­ bereichs 221 die Innenrippe 22 durch die verbleibende Beanspruchung ausgebil­ det, die durch dieses Ausziehen bzw. Verlängern bewirkt wird.

Diese verbleibende Beanspruchung, die auf das Ausziehen in der Kammrichtung D1 zurückgeht, bewirkt, daß die Innenrippe 22 in der Kammrichtung D1 zusam­ mengezogen wird, daß sich jedoch, da der Kamm der abgebogenen Kammberei­ che 221 in der Ausziehrichtung ausgebildet wird, die Innenrippe 22 in der Aus­ breitungsrichtung nicht leicht zurückbiegt, weil die Biegesteifigkeit in der Aus­ breitungsrichtung D2 groß ist.

Zusätzlich zu der Tatsache, daß der abgebogene Kammbereich 221 der Innen­ rippe 22 der vorliegenden Ausführungsform vom Zentrum aus in der Ausbrei­ tungsrichtung D2 zu der Endseite in der Ausbreitungsrichtung hin in dieser Rei­ henfolge ausgebildet wird, wie oben beschrieben worden ist, wird kein abgeboge­ ner Kammbereich 221 an der Außenseite des endseitigen, abgebogenen Kamm­ bereichs 221a ausgebildet. So werden die abgebogenen Kammbereiche 221 an der Endseite in der Ausbreitungsrichtung durch eine elastische Wirkung (ein Phänomen, wonach ein Material seine ursprüngliche Gestalt nach einem Defor­ mierungsvorgang wieder annimmt) bewirkt, das vergleichsweise stark ist, und der Abbiegungswinkel θ des abgebogenen Kammbereichs 221 groß wird.

Nach dem Formgebungsvorgang wird der Abbiegungswinkel Θ des endseitigen, abgebogenen Kammbereichs 221a größer als der Abbiegungswinkel θ der ande­ ren abgebogenen Kammbereiche 221, und wird die Biegesteifigkeit verringert. Auf diese Weise wird die Innenrippe 22 in der Kammrichtung D1 gebogen, was durch die verbleibende Beanspruchung bewirkt wird, und wird die Innenrippe 22 gänz­ lich von im wesentlichen dem Zentrum der Rippe in der Ausbreitungsrichtung aus, wie oben beschrieben, gänzlich verzogen.

Im Gegensatz hierzu ist bei der vorliegenden Ausführungsform von der Vielzahl der abgebogenen Kammbereiche 221 der Abbiegungswinkel Θ des endseitigen, abgebogenen Kammbereichs 221a kleiner als der Abbiegungswinkel θ der ande­ ren abgebogenen Kammbereiche 221. Daher kann, wenn der Abbiegungswinkel Θ groß wird, verhindert werden, daß die Biegesteifigkeit des endseitigen, abge­ bogenen Kammbereichs 221a in der Ausbreitungsrichtung D2 übermäßig verrin­ gert wird. Somit kann verhindert werden, daß die Innenrippe 22 von im wesentli­ chen dem zentralen Kamm des abgebogenen Kammbereichs 221 aus als Verzie­ hungszentrum verzogen wird.

Des weiteren ist es bei der Innenrippe 22 der vorliegende Ausführungsform mög­ lich zu verhindern, daß sich die Innenrippe 22 verzieht, und zwar in einfacher Weise dadurch, daß der Abbiegungswinkel Θ kleiner als die übrigen Abbie­ gungswinkel θ ist. Auf diese Weise wird ohne großen Investitionsaufwand für eine Einrichtung erfolgreich verhindert, daß sich die Innenrippe 22 verzieht. Somit können die Kosten der Herstellung der Innenrippe 22 zusammen mit einer Ver­ besserung der Ausbeute bzw. des Erfolgs der Innenrippe 22 gesenkt werden.

Der Abbiegungswinkel Θ ist kleiner als der andere Abbiegungswinkel θ, und die Wirkung nach nachgiebigen Kraft wird verringert, wie in Fig. 4 dargestellt ist, wäh­ rend der Krümmungsradius R des endseitigen, abgebogenen Kammbereichs 221a kleiner als der Krümmungsradius r der anderen abgebogenen Kammberei­ che 221 ist, der Grad nach Nachgiebigkeit verringert wird und das Verziehen ver­ hindert werden kann. Beispielsweise mißt bei der vorliegenden Ausführungsform der Krümmungsradius R 0,18-0,2 mm, und mißt der Krümmungsradius r etwa 0,3 mm.

Gemäß Darstellung in Fig. 6A ist ein Abbiegungswinkel Θ von etwa 0° (β = 180 - α) erreichbar, d. h. die Schrägflächen 221b und 221b' verlaufen im wesentlichen parallel; auch ist gemäß Darstellung in Fig. 6B erreichbar, daß sich die Verlänge­ rungslinien der Schrägflächen 221b und 221b' an der gegenüberliegenden Seite des Scheitelpunkts des endseitigen, abgebogenen Kammbereichs 221a kreuzen bzw. schneiden.

Es ist für den Fall, daß sich die Verlängerungslinien der Schrägflächen 221b und 221b' an der gegenüberliegenden Seite des Scheitelpunkts des endseitigen, ab­ gebogenen Kammbereichs 221a (in dem Fall von Fig. 6B) kreuzen bzw. schnei­ den, vorstellbar ist, daß der Abbiegungswinkel Θ kleiner als 0° ist, daher ist es in dem Fall, daß sich die Verlängerungslinien der Schrägflächen 221b und 221b' an der gegenüberliegenden Seite des Scheitelpunkts des endseitigen, abgebogenen Kammbereichs 221a kreuzen bzw. schneiden, daß der Abbiegungswinkel Θ ein negativer Winkel (minus) ist. Der Abbiegungswinkel Θ einschließlich des negati­ ven Abbiegungswinkels Θ ist kleiner als der andere Abbiegungswinkel θ.

Bei der obenbeschriebenen Ausführungsform kann, obwohl die gewellte Platte der vorliegenden Erfindung durchgehend als ein Beispiel beschrieben worden ist bei dem die Innenrippe Anwendung bei einem Ladeluftkühler findet, die gewellte Rippe der vorliegenden Erfindung darüber hinaus auch als eine Aluminium-Innen­ rippe (deren Dicke bei etwa 0,08-0,2 mm liegt) eines anderweitigen Wärmetau­ schers, beispielsweise eines Kühlmittelverdampfers, usw. Anwendung finden.

Claims (5)

1. Gewellte Metallplatte, die zu einer Wellengestalt ausgebildet und mit einer Vielzahl von gebogenen Kammbereichen (221) ausgestattet ist, wobei ein Abbiegungswinkel (Θ) eines endseitigen, abgebogenen Kammbereichs (221a) in Ausbreitungsrichtung von den abgebogenen Kammbereichen (221) kleiner als jeder Abbiegungswinkel (θ) der anderen abgebogenen Kammbereiche (221) ist.

2. Gewellte Metallplatte nach Anspruch 1, wobei der Krümmungsradius (R) des endseitigen, abgebogenen Kammbereichs (221a) kleiner als jeder Krümmungsra­ dius (r) der anderen abgebogenen Kammbereiche (221) ist.

3. Gewellte Metallplatte nach Anspruch 1, wobei der Abbiegungswinkel (Θ) des endseitigen, abgebogenen Kammbereichs (221a) höchstens 75% des Abbie­ gungswinkels (θ) der anderen abgebogenen Kammbereiche (221) mißt.

4. Gewellte Metallplatte nach Anspruch 1, wobei der Abbiegungswinkel (Θ) des endseitigen, abgebogenen Kammbereichs (221a) etwa 26° und der Abbiegungs­ winkel (θ) der anderen abgebogenen Kammbereiche (221) etwa 51° messen.

5. Wärmetauscher (1), umfassend:
ein Rohr (2), in dem ein Fluid strömt;
und eine gewellte Rippe (22), die mit einer Vielzahl von abgebogenen Kammbe­ reichen (221) ausgestattet und innerhalb des Rohres (2) in solcher Weise ange­ ordnet ist, daß die Richtung des abgebogenen Kamms parallel zu der Richtung des Fluids verläuft, das innerhalb des Rohres strömt, wobei der Abbiegungswin­ kels (Θ) eines endseitigen, abgebogenen Kammbereichs (221a) in Ausbreitungs­ richtung von der Vielzahl der abgebogenen Kammbereiche (221) kleiner als jeder Abbiegungswinkel (θ) der anderen abgebogenen Kammbereiche (221) ist.