EP2208550A2 - Turbulenzblech - Google Patents

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EP2208550A2
EP2208550A2 EP09178357A EP09178357A EP2208550A2 EP 2208550 A2 EP2208550 A2 EP 2208550A2 EP 09178357 A EP09178357 A EP 09178357A EP 09178357 A EP09178357 A EP 09178357A EP 2208550 A2 EP2208550 A2 EP 2208550A2
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turbulence
deep
turbulence plate
die
plate
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Andreas GRÜNER
Martin Janssen
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Mahle International GmbH
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Mahle International GmbH
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    • B21D13/00—Corrugating sheet metal, rods or profiles; Bending sheet metal, rods or profiles into wave form
    • B21D13/02—Corrugating sheet metal, rods or profiles; Bending sheet metal, rods or profiles into wave form by pressing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21D53/00—Making other particular articles
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F28F13/12—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/025—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements
    • F28F3/027—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements with openings, e.g. louvered corrugated fins; Assemblies of corrugated strips

Definitions

  • the present invention relates to a turbulence plate for a heat exchanger according to the preamble of claim 1.
  • Turbulence sheets for heat exchangers often have a corrugated, in particular a surface-enlarging structure.
  • the enlarged surface is intended to allow improved heat exchange, that is, improved heat transfer.
  • the example corrugated shape of such turbulence sheets is usually produced by means of a rolling process in which a sheet passes between two profiled rolls and is formed during passage through the profiling of the two rolls.
  • Another common method for producing such turbulence sheets is embossing by means of a so-called Monost Zis, which is pressed into an associated matrix. Due to the formation of the monostrand, however, only one corrugation peak or one corrugation valley is introduced into the turbulence sheet to be formed or produced per stamping process, so that such a production method is time-consuming and expensive.
  • the present invention is concerned with the problem, for a turbulence sheet of the generic type, to provide an improved embodiment, which in particular allows a cost-effective production of such turbulence sheets.
  • the invention is based on the general idea, no longer produce a turbulence plate for a heat exchanger by means of a Monostempels or a rolling process, but rather by means of a usual from the automotive industry thermoforming process, wherein in a single deep drawing a plurality of parallel juxtaposed wave troughs and wave crests in the umzuformende Turbulence sheet can be introduced so that they can be produced faster and more cost-effective in particular by the deep drawing of the invention the turbulence plates.
  • the term "drawing" means the forming of a sheet metal blank by means of tensile pressure, whereby a hollow body is formed, which is open on one side.
  • the turbulence sheets can be produced particularly economically by means of such deep drawing.
  • the turbulence plate from a plane of the same punched out and shaped webs on.
  • These webs are arranged in their entirety in the manner of parallel offset wave troughs and peaks and serve on the one hand to stiffen the turbulence plate and on the other hand to improve the heat transfer.
  • the webs can be both punched in a single step and then also shaped.
  • corresponding cutting and forming contours are provided on a corresponding deep-drawing tool or on a die and a punch of the same.
  • turbulence plate 1 is used, for example, in a heat exchanger in order to produce the largest possible surface area for optimum heat transfer, that is to say optimal heat exchange and optimum turbulence of the fluid.
  • turbulence sheets 1 were previously deformed by means of two mutually-running and profiled rolls or by means of a so-called Monost Zis, which has ever stamped a wave crest 5 or a wave trough 6 in the still undeformed turbulence sheet 1.
  • a deep-drawing tool 2 with a punch 3 and an associated die 4 is used, wherein a plurality of wave crests 5 and wave troughs 6 are arranged next to one another in the die 3 or in the die 4.
  • cutting edges may be provided in the deep-drawing tool 2 according to the invention, which in the deep-drawing process from a plane of the turbulence sheet 1 punched out and shaped webs 7 (see. Fig. 5 ) produce. These webs 7 increase the turbulence of a flowing fluid and thereby ensure a particularly good mixing of the fluid.
  • the turbulence plate 1 has a rectangular-wavy structure with mutually parallel wave crests 5 and troughs 6, wherein the entirety of the webs 7 can be considered as parallel to the actual wave crest 5 shifted wave crest 5 '.
  • the turbulence sheet 1 is transported as a band plate 8 from a roll to a pressing tool 9 and there between two rollers 10,10 'tapers in terms of its thickness and / or already preformed. It is conceivable here that by means of the pressing tool 9, the wave crests 5 and / or the wave troughs 6 are at least preformed. In particular, in this rolling process also lateral strips 11, 11 'with Positioning openings 12, 12 'are generated, which allow better positioning and fixing of the turbulence sheet 1 in the deep-drawing tool 2.
  • the turbulence sheet 1 is cut off by means arranged on the punch 3 and / or on the die 4 of the thermoforming tool 2 cutting edges. With the thermoforming tool 2 while the turbulence plate 1 is deformed into its final shape (final shape).
  • turbulence sheets 1 for heat exchangers can be produced inexpensively and quickly, whereby an economic production of such turbulence sheets 1, combined with low unit costs, can be realized.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Turbulenzblech (1) für einen Wärmetauscher, das mittels Tiefzieh-Verfahren umgeformt und dadurch kostengünstig und schnell hergestellt ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Turbulenzblech für einen Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Turbulenzbleche für Wärmetauscher weisen oftmals eine gewellte, insbesondere eine die Oberfläche vergrößernde Struktur auf. Die vergrößerte Oberfläche soll einen verbesserten Wärmeaustausch, das heißt eine verbesserte Wärmeübertragung, ermöglichen. Die beispielsweise gewellte Form derartiger Turbulenzbleche wird üblicherweise mittels eines Walzvorganges hergestellt, bei welchem ein Blech zwischen zwei profilierten Walzen hindurchläuft und während des Hindurchlaufens aufgrund der Profilierung der beiden Walzen umgeformt wird. Ein anderes gängiges Verfahren zum Herstellen derartiger Turbulenzbleche ist ein Prägen mittels eines sogenannten Monostempels, welcher in eine zugehörige Matrize eingedrückt wird. Aufgrund der Ausbildung des Monostempels wird dabei jedoch je Stempelvorgang lediglich ein Wellenberg bzw. ein Wellental in das umzuformende bzw. herzustellende Turbulenzblech eingebracht, so dass ein derartiges Herstellungsverfahren zeit- und kostenintensiv ist.
  • Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Turbulenzblech der gattungsgemäßen Art, eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, welche insbesondere eine kostengünstige Herstellung derartiger Turbulenzbleche ermöglicht.
  • Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein Turbulenzblech für einen Wärmetauscher nicht mehr mittels eines Monostempels oder eines Walzverfahrens herzustellen, sondern vielmehr mittels eines aus der Automobilindustrie gängigen Tiefziehverfahrens, wobei in einem einzigen Tiefziehvorgang eine Vielzahl von parallel nebeneinander angeordneten Wellentäler und Wellenberge in das umzuformende Turbulenzblech eingebracht werden können, so dass sich durch das erfindungsgemäße Tiefziehen der Turbulenzbleche diese schneller und insbesondere kostengünstiger herstellen lassen. Unter dem Begriff "Ziehen" versteht man das Umformen eines Blechzuschnittes mittels Zugdruck, wobei ein Hohlkörper entsteht, der einseitig geöffnet ist. Generell lassen sich durch ein derartiges Tiefziehen die Turbulenzbleche besonders wirtschaftlich herstellen.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, weist das Turbulenzblech aus einer Ebene desselben herausgestanzte und herausgeformte Stege auf. Diese Stege sind dabei in ihrer Gesamtheit in der Art von parallel versetzten Wellentäler und Wellenberge angeordnet und dienen einerseits zur Aussteifung des Turbulenzbleches und andererseits zu einer Verbesserung der Wärmeübertragung. Die Stege können dabei in einem einzigen Arbeitsschritt sowohl gestanzt als anschließend auch geformt werden. Hierzu sind an einem entsprechenden Tiefziehwerkzeug bzw. an einer Matrize und einem Stempel desselben entsprechende Schneid- und Umformkonturen vorgesehen.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
  • Dabei zeigen, jeweils schematisch,
    • Fig. 1
    ein Tiefziehwerkzeug zum erfindungsgemäßen Tiefziehen eines Turbulenzbleches,
    Fig. 2
    eine Darstellung wie in Fig. 1, jedoch bei geschlossenem Tiefziehwerkzeug,
    Fig. 3
    eine Darstellung wie in Fig. 1, jedoch bei mit dem Tiefziehwerkzeug umgeformtem Turbulenzblech,
    Fig. 4
    ein erfindungsgemäßes Turbulenzblech,
    Fig. 5
    eine Detaildarstellung des erfindungsgemäßen und tiefgezogenen Turbulenzbleches
    Fig. 6
    eine abgewandelte Form der Herstellung von Turbulenzblechen,
    Fig. 7
    eine Ausführungsform eines Turbulenzbleches.
  • Entsprechend den Fig. 1 - 3, sind verschiedene Verfahrensschritte zum erfindungsgemäßen Tiefziehen eines Turbulenzbleches 1 dargestellt. Ein derartiges Turbulenzblech 1 wird beispielsweise bei einem Wärmetauscher eingesetzt, um eine möglichst große Oberfläche für eine optimale Wärmeübertragung, das heißt einen optimalen Wärmeaustausch sowie eine optimale Verwirbelung des Fluides zu erzeugen. Üblicherweise wurden derartige Turbulenzbleche 1 bisher mittels zweier gegeneinander laufender und profilierter Walzen verformt oder mittels eines sogenannten Monostempels, welcher je Stempelvorgang einen Wellenberg 5 bzw. ein Wellental 6 in das noch unverformte Turbulenzblech 1 eingedrückt hat. Mit dem erfindungsgemäßen Tiefziehverfahren kommt ein Tiefziehwerkzeug 2 mit einem Stempel 3 und einer zugehörigen Matrize 4 zum Einsatz, wobei im Stempel 3 bzw. in der Matrize 4 eine Vielzahl von Wellenbergen 5 und Wellentälern 6 nebeneinander angeordnet sind. Darüber hinaus können in dem erfindungsgemäßen Tiefziehwerkzeug 2 nicht gezeigte Schneidkanten vorgesehen sein, welche beim Tiefziehvorgang aus einer Ebene des Turbulenzbleches 1 herausgestanzte und herausgeformte Stege 7 (vgl. Fig. 5) erzeugen. Diese Stege 7 erhöhen die Turbulenzen eines durchströmenden Fluides und sorgen dadurch für eine besonders gute Durchmischung des Fluides.
  • Betrachtet man die Fig. 5, so fällt auf, dass das Turbulenzblech 1 eine rechteckig-wellige Struktur mit parallel zueinander verlaufenden Wellenbergen 5 und Wellentälern 6 aufweist, wobei die Gesamtheit der Stege 7 als parallel zum eigentlichen Wellenberg 5 verschobener Wellenberg 5' angesehen werden kann.
  • Entsprechend der Fig. 6, ist ein weiteres Verfahren zum Herstellen eines Turbulenzbleches 1 dargestellt. Zunächst wird dabei das Turbulenzblech 1 als Bandblech 8 von einer Rolle zu einem Presswerkzeug 9 transportiert und dort zwischen zwei Walzen 10,10' hinsichtlich seiner Dicke verjüngt und/oder bereits vorgeformt. Denkbar ist hierbei, dass mittels des Presswerkzeugs 9 die Wellenberge 5 und/oder die Wellentäler 6 zumindest vorgeformt werden. Insbesondere können bei diesem Walzvorgang auch seitliche Streifen 11, 11' mit Positionieröffnungen 12, 12' erzeugt werden, die eine bessere Positionierung und Fixierung des Turbulenzbleches 1 im Tiefziehwerkzeug 2 ermöglichen. Anschließend wird das Turbulenzblech 1 mittels am Stempel 3 und/oder an der Matrize 4 des Tiefziehwerkzeugs 2 angeordneten Schneidkanten abgeschnitten. Mit dem Tiefziehwerkzeug 2 wird dabei das Turbulenzblech 1 in seine endgültige Form (Endform) verformt.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Tiefziehverfahren und dem erfindungsgemäßen Tiefziehwerkzeug 2, lassen sich insbesondere Turbulenzbleche 1 für Wärmetauscher kostengünstig und schnell herstellen, wodurch eine wirtschaftliche Herstellung derartiger Turbulenzbleche 1, verbunden mit geringen Stückkosten, realisiert werden können.

Claims (9)

  1. Turbulenzblech (1) für einen Wärmetauscher,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Turbulenzblech (1) mittels Tiefzieh-Verfahren umgeformt ist.
  2. Turbulenzblech nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Turbulenzblech (1) eine rechteckig-wellige Struktur aufweist.
  3. Turbulenzblech nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Turbulenzblech (1) aus einer Ebene desselben heraus gestanzte und geformte Stege (7) aufweist.
  4. Tiefziehwerkszeug (2) zur Herstellung eines Turbulenzbleches (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Tiefziehwerkzeug (2) eine Matrize (4) und einen zugehörigen und zur Matrize (4) bewegbaren Stempel (3) aufweist, wobei die Matrize (4) und der zugehörige Stempel (3) eine Vielzahl von Wellenbergen (5), Wellentäler (6) sowie Schneidkanten aufweisen.
  5. Wärmetauscher mit zumindest einem Turbulenzblech (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
  6. Verfahren zur Herstellung eines Turbulenzbleches (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem mittels des Tiefziehwerkzeugs (2), das eine Matrize (4) und einen zugehörigen und zur Matrize (4) bewegbaren Stempel (3) aufweist, durch einen Stempelprozess eine Vielzahl von Wellenbergen (5) und Wellentälern (6) in das Turbulenzblech (1) eingebracht werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Turbulenzblech (1) mittels am Stempel (3) und/oder an der Matrize (4) angeordneten Schneidkanten abgeschnitten wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Turbulenzblech (1) vor dem Einbringen der Wellenberge (5) und/oder der Wellentäler (6) durch das Tiefziehwerkzeug (2) ein Presswerkzeug (9), insbesondere zwei Walzen (10,10') desselben, durchläuft.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mittels des Presswerkzeugs (9) eine Dicke des Turbulenzbleches (1) verändert und/oder die Wellenberge (5) und/oder die Wellentäler (6) zumindest vorgeformt werden.
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