DE8915878U1

DE8915878U1 - Turbulenzeinlage

Info

Publication number: DE8915878U1
Application number: DE8915878U
Authority: DE
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 1989-05-10
Filing date: 1989-05-10
Publication date: 1991-10-24
Anticipated expiration: 1999-05-11

Description

:ab

BEHR GmbH & Co.,

Mauserstraße 3, D-7000 Stuttgart 30

Turbulenzeinlage

Die Erfindung bezieht sich auf eine Turbulenzeinlage für Wärmetauscherrohre mit einem ovalen Querschnitt, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung. Eine solche Turbulenzeinlage ist beispielsweise aus der DE-AS 1 292 826, US-PS 2,691,991 und FR-OS 2 514 485 bekannt. Diese zum Stand der Technik genannten Ausführungen benötigen jedoch zur Verwirbelung des Wärmetauscherfluids abgewinkelte Teile. Diese abgewinkelten Teile des Streifens haben den Nachteil, daß sie einen großen Druckabfall bewirken, und außerdem ist das Einschieben in das Wärmetauscherrohr problematisch, da die quer zur Einschubrichtung gerichteten Abwinkelungen zum Verhaken am Rohrende neigen. Es ist darüberhinaus aus der EP-OS 0 184 544 eine Turbulenzeinlage bekannt, die aus einem Streifen mit sich ständig ändernder Breite, der anschließend zu einer Wendel geformt wird, besteht. Dabei ist es zu- nächst erforderlich, einen ebenen Streifen zu fertigen, der gewellte Ränder aufweist, wobei die WeIlung eine wesentliche Änderung der Breite des Streifens erzeugt. Danach ist in einem weiteren Arbeitsgang der Streifen so zu verdrillen, daß die Hüllkurve exakt dem Querschnitt des Ovalrohrs entspricht.

2 -

_r ES/R i/mo.,'

Aus der GB-OS 2 193 304 ist eine Turbulenzeinlage für Rundrohre bekannt, die aus einem quer zur Längsrichtung der Turbulenzeinlage über deren gesamte Breite gewellten Streifen besteht, der zusätzlich um die Längsachse verdrillt ist. Aufgrund der über die gesamte Breite durchgehenden Querwellung ist die Turbulenzeinlage in Längsrichtung gesehen sehr labil und eignet sich daher nicht für ein maschinelles Einschieben in die Wärmetauscherrohre.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Turbulenzeinlage der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die auf einfache Weise herstellbar ist, eine große Steifigkeit in Längsrichtung aufweist und auf einfache Weise in die Wärmetauscherrohre einschiebbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Turbulenz- einlage durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die wesentlichen Vorteile dieser Turbulenzeinlage sind darin zu sehen, daß sie auf einfache Weise als Endlosware in einem Rollenwerkzeug herstellbar ist, keine hervorstehenden Kanten den automatischen Einschubprozeß in die Wärmetauscherrohre behindern und außerdem eine gute Verwirbelung bei sehr niedrigem Druckabfall erreicht wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß die Wellenformen an beiden Rändern des Streifens gleiche Wellenlängen und Amplituden aufweisen und um eine halbe Wellenlänge versetzt zueinander angeordnet sind. Durch diese Anordnung ergibt sich, daß einem Wellenberg auf einer Seite des Streifens ein Wellental auf der anderen Seite des Streifens gegenüberliegt. Das führt dazu, daß eine möglichst große Zahl gegenüberliegender Abstützpunkte der Turbulenzeinlage im Oval- oder Flachrohr geschaffen werden, durch die Vibrationen der Turbulenzeinlage im Wärmetauscherrohr vermieden werden.

• 3 -

»30.

1991

•JIB J39CK-13: -ES/Ri/efo .:·

Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, die Amplitude der Wellung so zu bemessen, daß sie - bezogen auf die Normalebene -etwa 1/5 bis 1/10 der Breite des Streifens beträgt. Da der Streifen den Querschnitt des Wärmetauscherrohres im wesentlichen in zwei Kammern unterteilt, ist es zweckmäßig, Mittel vorzusehen, durch die der Durchtritt des Wärmetauscherluids von einer Seite der Turbulenzeinlage auf die andere Seite möglich ist. Diese Mittel können in Form von ausgestanzten Löchern oder haubenartigen Ausprägungen vorgesehen sein.

Eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Turbulenzeinlage besteht darin, daß entlang der Mittelachse wechselseitig zu beiden Seiten einer Normalebene ausgeprägte Sicken angeordnet sind. Diese wechselseitige Anordnung der Sicken führt nicht nur zu einer Verbesserung der Stabilität der Turbulenzeinlage in Längsrichtung, sondern bewirkt außerdem eine weitere Verwirbelung des Wärmetauscherluids. Es ist dabei möglich, die Sicken ohne Abstand aufeinanderfolgend anzuordnen oder zwischen zwei benachbarten Sicken einen gestreckten Abschnitt vorzusehen. Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die Sicken stirnsteitig offen sind, so daß dabei weitere Strömungsaufteilungen und Übertritte von einer Seite der Turbulenzeinlage auf die andere erreicht werden.

Alternativ zu den bereits genannten Verwirbelungsmitteln können entlang der Mittelachse halbkugelförmige Ausprägungen vorgesehen sein, die wechselseitig auf beiden Seiten der Normalebene angeordnet sind. Diese verhindern, daß sich entlang der Mittelachse eine an der Turbulenzeinlage anliegende Strömung ohne Verwirbelung bildet. Es ist vorteilhaft, daß die Sicken und/ oder Ausprägungen eine Höhe aufweisen, die der Amplitude der Wellung entspricht. Dies ist insbesondere bei Flachrohren mit im wesentlichen parallelen Seitenwänden günstig, da die Hüllkurve der Turbulenzeinlage den Innenquerschnitt des Flachrohres nicht überschreitet. Alternativ zu der bereits genannten gleichmäßigen

WeIlung an beiden Rändern des Streifens mit um einen bestimmten Betrag versetzter Anordnung kann die Turbulenzeinlage auch so gestaltet sein, daß an den Rändern Wellungen mit unterschiedlicher Wellenlänge aber gleicher Amplitude vorhanden sind. Durch diese Maßnahme ändert sich die Hüllkurve für die Turbulenzeinlage nicht, so daß Nachteile bezüglich des Einschiebens in das Wärmetau- scherrohr nicht entstehen.

Ausführungbeispiele der Turbulenzeinlage sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert:

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Turbulenzeinlage,

Fig. 2 eine Ansicht nach Linie H-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit III in Fig. 1,

Fig. 4 a einen Schnitt nach der Linie IV/IV in Fig. 1 in vergrößerter Darstellung,

Fig. 4 b einen Schnitt durch ein Ovalrohr mit Turbulenzein lage gemäß Fig. 4 a,

Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit V-V in Fig. 2,

Fig. 6 eine Ausführungsvariante zu Fig. 1,

Fig. 7 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit VII in Fig. 6,

Fig. 8

Fig. 9

eine Ausführungsvariante zu Fig. 4 mit zusätzlichen Turbulenzerzeugern,

eine Ansicht gemäß Pfeil IX in Fig. 8,

Fig. 10 eine weitere Ausführungsvariante zu Fig. 1, Fig. 11 eine Ansicht nach Linie XI-XI in Fig. 10,

Fig. 12 einen Schnitt nach der Linie XII-XII in Fig.

10,

Fig. 13 eine Ausführungsvariante zu Fig. 12,
Fig. 14 eine Ansicht gemäß Pfeil XIV in Fig. 13,
Fig. 15 eine Ansicht gemäß Linie XV-XV in Fig. 14,

Fig. 16 einen vergrößerten Ausschnitt eines
Längsschnitts entlang der Mittelachse mit

haubenförmiger Ausprägung,

Fig. 17 weitere Ausführungsvarianten zu und 18 Fig. 5.

In Fig. 1 ist die Draufsicht auf eine Turbulenzeinlage 1 gezeigt, die aus einem besonders geformten Streifen &Ggr;, beispielsweise aus einem Aluminiumblech mit einer Dicke von ca. 0,3 mm, besteht. Entlang der Mittelachse M der Turbulenzeinlage 1 ist eine Sicke 2 eingeprägt, die der Turbulenzeinlage 1 in Längsrichtung eine bessere Steifigkeit verleiht. Zu beiden Seiten der Sicke 2 ist die Turbulenzeinlage 1 mit gleichen Wellenformen 3 und 4 versehen, die gegeneinander derart versetzt sind, daß einem Wellenberg auf einer Seite ein Wellental auf der anderen Seite gegenüber liegt.

-6 -

- 6 - .··. .··. .**..*3Q. AjagysJ: 1991

: : .* . : : -"as 89,BMS

Das bedeutet, daß die Wellung 3 gegenüber der Wellung 4 um eine halbe Wellenlänge versetzt ist.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht der Turbulenzeinlage 1, aus der die Wellenformen 3 bzw. 4 und deren versetzte Anordnung ersichtlich ist. Die Wellenformen 3 und 4 sind so gestaltet, daß deren Übergang von jeweils einem Wellenberg zu einem Wellental in der normalen Streifenebene liegt. Die Wellenlänge ist mit L und die Amplitude der Wellen ist mit A bezeichnet.

In Fig. 3 ist eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit III in Fig. 1 gezeigt, wobei die Turbulenzeinlage wiederum mit dem ßezugszeichen 1 und die entlang der Mittelachse verlaufende Sicke mit 2 bezeichnet ist. Die Wellenformen 3 und 4 erstrecken sich jeweils entlang der Ränder der Turbulenzeinlage 1, wobei mit den parallel verlaufenden Kreislinien ein Wellental 5 und diesem gegenüberliegend ein Wellenberg 6 der Wellenform 3 dargestellt ist. Bedingt durch die Verformung des ebenen Blechstreifens zur Erzeugung der Wellenform ergibt sich gegenüber der Normalbreite des Blechstreifens eine geringfügige Einschnürung, wie dies ebenfalls aus der vergrößerten Darstellung in Fig. 3 zu ersehen ist.

Fig. 4 a zeigt einen Schnitt nach der Linie IV-IV gemäß Fig. 1 in vergrößerter Darstellung. Die aus einem dünnen Blechstreifen gebildete Turbulenzeinlage 1 besitzt in der Mittelachse M eine über die gesamte Länge des Blechstreifens gleichbleibende Sicke 2, zu deren Seiten die Wellenformen 3 und 4 angeordnet sind. Aus dieser Darstellung ist ebenfalls ersichtlich, daß die Breite B des Blechstreifens in der Neutralebene 7 etwas größer ist als die Breite der Turbulenzeinlage 1 im Bereich von Wellental 5 und Wellenberg 6. Die Amplitude der Wellung 3 ist am Wellenberg 6 mit A bezeichnet.

-1 -

Fig. 4 b zeigt einen Querschnitt durch ein ovales Wärmetauscherrohr 16, in dem eine Turbulenzeinlage 1 angeordnet ist, wie sie in Fig. 4 a näher erläutert ist. Aus dieser Darstellung wird deutlich, daß sich durch die jeweils gegenüberliegenden Wellenberge 6 und Wellentäler 5 eine große Zahl von Abstützflächen, die entgegengesetzt angeordnet sind, ergibt.

Fig. 5 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Turbu-lenzeinlage 1 gemäß Einzelheit V in Fig. 2. Dabei sieht man auf die Randwellung 4 der Turbulenzeinlage 1 mit einem Wellentals und einem Wellenberg 6. Der Übergang vom Wellental 5 zum Wellenberg 6 erfolgt spiegelbildlich zur Wellenform 3.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsvariante der Turbulenzeinlage 1 gemäß Fig. 1, bei der zwischen den seitlichen Wellenformen 3 und 4 entlang eier Sicke 2 in regelmäßigen Abständen ausgestanzte Öffnungen 8 vorgesehen sind. Diese ausgestanzten Öffnungen ermöglichen den Durchtritt des WärmetauscherfIuids von einer Seite der Turbulenzeinlage 1 auf die andere Seite und erzeugen zudem weitere Turbulenzen.

In Fig. 7 ist eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit VII aus Fig. 6 gezeigt, wobei durch diese Darstellung deutlich wird, daß die Öffnungen 8 - in Längsrichtung des Blechstreifens gesehen - in der Mitte zwischen den Amplituden der Wellenform, d.h. zwischen Wellental 5 und Wellenberg 6 liegen, und zwar auf der Mittelachse M.

Eine Ausführungsvariante zu Fig. 4 a ist in Fig. 8 gezeigt, die sich von der beschriebenen Figur 4 a dadurch unterscheidet, daß im Bereich der Sicke 2 in regelmäßigen Abständen halbkugelförmige Ausprägungen 9 angeordnet sind. Diese Ausprägungen 9 können wechselweise zu beiden Seiten der Normalebene 7 des Blechstreifens angeordnet sein, es ist jedoch auch möglich, alle Ausprägungen 9 auf einer Seite auszurichten.

'AS 89ye;i3;

Aus Fig. 9 geht hervor, daß die Ausprägungen 9 wechselseitig angeordnet sind, wobei der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ausprägungen 9 ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge der Wellenform 3 bzw. 4 beträgt und die Ausprägungen 9 auf der Höhe des Übergangsbereichs zwischen Wellental und Wellenberg liegen.

Eine weitere Ausführungsvariante der Turbulenzeinlage 1 ist in Fig. 10 gezeigt, die sich von der Ausführung gemäß Fig. 1 dadurch unterscheidet, daß in der Mittelachse Sicken 10 und 11 wechselseitig angeordnet sind, d.h. auf eine nach oben herausgedrückte Sicke 10 bestimmter Länge folgt eine nach unten herausgedrückte Sicke 11 der gleichen Länge usw. Die Stirnseiten der Sicken sind offen, so daß sie als fluidführende Kanäle wirken und sich durch die wechselseitige Anordnung eine Fluidführung von einer Seite der Turbulenzeinlage 1 auf die andere Seite ergibt.

Fig. 11 zeigt eine Seitenansicht der Turbulenzeinlage 1 gemäß Fig. 10, wobei ersichtlich ist, daß die ausge- prägten Sicken 10 und 11 etwa die Höhe der Amplituden der Wellenform besitzen.

In Fig. 12 ist ein Schnitt nach der Linie XII-XII gemäß Fig. 10 in vergrößerter Darstellung gezeigt. Die Turbulenzeinlage 1 weist dabei ebenso wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen die seitlichen Wellenformen 3 und 4 auf. Im Bereich der Mittelachse sind die wechselseitig ausgeprägten Sicken 10 und 11 gezeigt, wobei diese Sicken etwa die gleiche Höhe haben wie die Amplitude der Wellenform 3 bzw. 4.

Fig. 13 zeigt eine Ausführungsvariante zu Fig. 12, wo- bei der Unterschied darin besteht, daß zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abschnitten mit Sicken 10 und 11 ein Abschnitt ohne Sicke vorgesehen ist, in dem sich das Blech der Turbulenzeinlage 1 in

einem gestreckten Abschnitt 12 zwischen den seitlichen Rändern mit der Wellenform 3 und 4 erstreckt. Daß sich zwischen den Sicken 10 und 11 ein Bereich mit einem gestreckten Abschnitt 12 befindet ist aus Fig. 14 zu ersehen, die eine Ansicht gemäß Pfeil XIV in Fig. 13 zeigt.

Fig. 15 zeigt eine Ansicht gemäß Linie XV-XV in Fig. 14. Diese Figur zeigt die Turbulenzeinlage 1 mit den entlang der Ränder angeordneten Wellenformen 3 und 4 sowie den jeweils sich gegenüberliegenden Wellentälern 5 bzw. Wellenbergen 6. Entlang der Mittelachse erstreckt sich die Sicke 11, die sich an einen Bereich mit gestrecktem Blechabschnitt 12 zwischen den Wellenformen 3 und 4 anschließt.

In Fig. 16 ist ein Abschnitt eines Längsschnittes entlang der Mittelachse gezeigt, wobei zum Durchtritt des Wärmetauscherfluids haubenförmige Ausprägungen 13 mit einer offenen Seite 14 vorgesehen sind.

Die Fig. 17 und 18 zeigen Ausführungsvarianten zu Fig. 5, wobei in Fig. 17 gleiche Wellungen 3, 4 um einen Abstand zueinander versetzt sind, der geringer als die halbe Wellenlänge ist. Fig. 18 zeigt eine Turbulenzeinlage 1, bei der die Wellung 14 auf einer Seite des Streifens eine andere Wellenlänge besitzt als die Wellung 15 auf der anderen Seite.

Neben dem als Beispiel genannten Aluminiumblech können für die beschriebene Turbulenzeinlage auch andere Materialien in Betracht gezogen werden, unter anderem auch Kunststoffe.

Claims

Schutzansprüche

Turbulenzeinlage für Wärmetauscherrohre mit einem ovalen Querschnitt, die im wesentlichen aus einem flachen Streifen besteht und in Längsrichtung des Streifens gesehen zu beiden Seiten der Streifenebene Verformungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß entlang einer Mittelachse (M) eine Sicke (2) angeordnet ist und auf jeder Seite des Streifens (&Ggr;) neben der Mittelachse (M) sich entlang der Streifenränder Wellenformen (3, 4, 14, 15) erstrecken, die bezogen auf die Längsrichtung des Streifens (&Ggr;) versetzt zueinander angeordnet sind und/oder unterschiedliche Wellenlängen (L) besitzen.

Turbulenzeinlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenformen (3, 4) an beiden Rändern des Streifens (&Ggr;) gleiche Wellenlängen (L) und Amplituden (A) aufweisen und um eine halbe Wellenlänge versetzt zueinander angeordnet sind.

Turbulenzeinlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf eine Normalebene (7) bezogene Amplitude (A) der Wellung zwischen 1/5 und 1/10 der Breite (B) des Streifens (I¹) beträgt.

Turbulenzeinlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Mittelachse (M) Öffnungen (8) zum Durchtritt des Wärmetauscherfluids angeordnet sind.

-Ii-

- &eegr;

Turbulenzeinlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen durch ausgestanzte Löcher (8) oder haubenartige Ausprägungen (13) gebildet sind.

Turbulenzeinlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Mittelachse (M) wechselseitig zu beiden Seiten einer Normalebene (7) ausgeprägte Sicken (10, 11) angeordnet sind.

Turbulenzeinlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicken (10, 11) ohne Abstand aufeinanderfolgend angeordnet sind.

8. Turbulenzeinlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei benachbarten Sicken (10, 11) ein gestreckter Abschnitt (12) angeordnet ist.

Turbulenzeinlage nach gekennzeichnet, daß die offen sind.

Anspruch 7 oder 8, dadurch Stirnseiten der Sicken (10, 11)

10. Turbulenzeinlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Mittelachse (M) wechselseitig auf beiden Seiten der Normalebene (7) angeordnete, halbkugelförmige Ausprägungen (9) vorgesehen sind.

11. Turbulenzeinlage nach einem der Ansprüche 1 oder 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicken (2, 10, 11) und/oder Ausprägungen (9, 13) eine Höhe aufweisen, die der Amplitude

(A) der Wellung (3, 4) entspricht.

12. Turbulenzeinlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge der Wellen (14) auf einer Seite des Streifens (I¹) maximal das 2-fache der Wellenlänge der Wellung (15) auf der anderen Seite beträgt.

- 12 -