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Die Erfindung betrifft ein Turbulenzblech nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und des Patentanspruches 6 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Turbulenzbleches nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 2 und des Patentanspruches 11 sowie eine Verwendung nach Patentanspruch 5.
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Turbulenzbleche, auch Turbulenzeinlagen genannt, sind bei Wärmeübertragern bekannt: sie dienen primär der Erzeugung einer turbulenten Strömung des Wärmeübertragermediums, indem sie durch ihre versetzt angeordneten Kanten die laminare Strömung des Mediums immer wieder aufbrechen. Turbulenzbleche werden vorzugsweise in Flachrohre von Wärmeübertragern oder bei Scheibenwärmeübertragern eingesetzt und können auch mit den Wänden der Rohre bzw. Scheiben verlötet werden, so dass sie auch der Erhöhung der Innendruckfestigkeit infolge Zugankerwirkung dienen. Turbulenzbleche haben meist eine bevorzugte Strömungsrichtung mit einem relativ geringen Strömungswiderstand und eine weitere Durchströmungsrichtung mit einem erhöhten Strömungswiderstand. Turbulenzbleche werden auch als Innenberippung bezeichnet, da sie eine Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche bewirken.
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Durch die
DE 41 31 739 C2 wurde ein Turbulenzblech für einen von einer Flüssigkeit durchströmten Kühlkörper zur Kühlung elektrischer Bauelemente bekannt. Durch die
DE 33 47 086 A1 der Anmelderin wurde ein spiralförmig zu einer Trägermatrix aufgewickeltes Turbulenzblech bekannt, durch welches die Abgasströmung eines Verbrennungsmotors zwecks Erhöhung der Konvertierung verwirbelt wird. Durch die
DE 296 22 191 U1 wurde ein Plattenwärmeübertrager, ein so genannter Stapelscheibenwärmeübertrager bekannt, bei welchem zwischen den Scheiben Turbulenzbleche angeordnet sind. Die bekannten Turbulenzbleche weisen wellen- bzw. mäanderförmige Streifen auf, die in einer Hauptströmungsrichtung hintereinander und quer zur Hauptströmungsrichtung versetzt angeordnet sind, wobei der Versatz durch Aufbrechen oder Scheren des Materials erzielt wird.
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Turbulenzbleche können -wie erwähnt - als Einzelteile in einen Strömungskanal, z. B. ein Flachrohr eingesetzt und mit diesem verlötet werden oder auch einstückiger Bestandteil eines Rohres oder einer Scheibe sein. Ein derartiger einstückiger Verbund wurde für eine aus einem Blechstreifen geformte, wellenförmige Innenberippung bekannt, wobei die gewellte Innenrippe quasi in die Rohrwandung eingewickelt wird. Entsprechende Ausbildungen von einstückiger Innenrippe mit Flachrohr gehen aus folgenden Druckschriften hervor:
EP 1 281 923 A2 ,
US 2 757 628 A ,
FR 2 769 359 A1 und
EP 0 646 231 B1 .
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Ein Verfahren zur Herstellung eines Turbulenzbleches wurde durch die
US 6 546 774 B2 bekannt. Das bekannte Turbulenzblech weist wellenförmig bzw. mäanderförmig ausgebildete Streifen auf, die hintereinander und versetzt zueinander angeordnet sind. Das als länglicher Streifen ausgebildete Turbulenzblech wird in den Strömungsquerschnitt eines Flachrohres eingesetzt und kann mit den Rohrinnenwandungen verlötet werden. Durch den Versatz der hintereinander angeordneten Wellungen ergeben sich Durchtrittsöffnungen, welche durch die Hinterkanten des vordern und die Vorderkanten des hinteren Streifens gebildet werden. Vorderkanten und Hinterkanten von benachbarten Streifen liegen praktisch in einer Ebene, d. h. ihr Abstand in Hauptströmungsrichtung ist praktisch gleich Null. Dies ergibt sich aus der Herstellung des bekannten Turbulenzbleches, welches als ebener Blechstreifen von einem Coil abgewickelt und mehreren unterschiedlich ausgebildeten Rollensätzen zugeführt wird. In einem ersten Rollensatz wird das flache Band geschlitzt, d. h. mit einer Vielzahl von Schlitzen versehen, wobei das Bandmaterial aufgerissen bzw. geschert wird. Dies wird durch entsprechend ausgebildete Scheiben auf den Rollen der Rollensätze bewirkt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass durch das Schlitzen bzw. Scheren die Band- bzw. Vorschubgeschwindigkeit begrenzt ist und dass sich andererseits an den Scherflächen unsaubere Schnittflächen mit Graten oder Ausfransungen ergeben können.
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Durch die
DE 102 42 188 A1 der Anmelderin wurde ein Flachrohr-Wärmeübertrager mit einem gelöteten Rohr/Rippensystem bekannt, wobei die Rohre vorzugsweise von einem flüssigen Medium und die Rippen vorzugsweise von Luft durchströmt werden. Diese Art von Luftrippen wird als Wellrippe bezeichnet, die durch Walzen von äußerst dünnwandigem Material hergestellt wird. Die hierzu verwendeten Rippenwalzen weisen eine Vielzahl von Messern auf, welche Kiemen in die Flanken der Wellrippen einschneiden. Die Richtung der Wellenkämme verläuft quer zur Vorschubrichtung beim Walzen, man spricht daher auch von Querwalzen. Bei einer derart hergestellten Wellrippe sind so genannte Störelemente in den Rippenbögen vorgesehen, welche als Wirbelerzeuger wirken und eine laminare Strömung im Bereich der Rohr/Rippenkontaktstelle verhindern. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Störelemente als einzelne in Strömungsrichtung hintereinander angeordnete Lappen ausgebildet, welche aus einem Rippenboden herausgeschnitten sind und in den Luftstrom hineinragen. Diese Störelemente sind als zusätzliche Maßnahme zu den Kiemen vorgesehen, da diese nur im Bereich der geraden Rippenflächen, nicht jedoch im Bereich der Rippenbögen angeordnet sind.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Turbulenzblech der eingangs genannten Art hinsichtlich seiner strömungstechnischen Eigenschaften zu verbessern. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, welches eine schnellere und sauberere Herstellung eines Turbulenzbleches erlaubt.
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Diese Aufgabe wird zunächst durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zwischen den Vorderkanten (Anströmkanten) und den Hinterkanten (Abströmkanten) der wellenförmig ausgebildeten Streifen ein Abstand a belassen ist, der größer als Null ist. Der Abstand a erstreckt sich in Hauptströmungsrichtung des Fluids durch das Turbulenzblech, d. h. in x-Richtung des Turbulenzbleches. Der Abstand a stellt sich in einer Draufsicht auf das Turbulenzblech, d. h. in einer Ansicht in Richtung z als Langloch dar. Zwischen den Langlöchern verlaufen in x-Richtung durchgehende Materialstreifen, durch welche die wellenförmigen Streifen miteinander verbunden werden. Durch den erfindungsgemäßen Abstand zwischen Vorder- und Hinterkanten entfällt der bekannte Schervorgang mit seinen Nachteilen, z. B. einer unsauberen Schnittfläche. Darüber hinaus ergibt sich für die Durchtrittsöffnungen ein durch den Abstand a vergrößerter Durchtrittsquerschnitt, d. h. auch ein geringerer Strömungswiderstand, insbesondere, wenn das Turbulenzblech quer, d. h. in y-Richtung angeströmt wird.
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Die Wellungen der einzelnen Streifen sind vorzugsweise mäanderförmig ausgebildet, d. h. mit parallel zueinander verlaufenden Flanken, so dass sich in Hauptströmungsrichtung (x-Richtung) rechteckförmige Strömungskanäle ergeben. Das erfindungsgemäße Turbulenzblech kann - wie aus dem Stand der Technik bekannt - sowohl in Flachrohre, als auch in scheiben- oder plattenförmige Strömungskanäle von Wärmeübertragern eingesetzt und mit den Wänden der Strömungskanäle verlötet werden. Es ist jedoch auch möglich und im Rahmen der Erfindung liegend, dass das Turbulenzblech einstückiger Bestandteil eines Flachrohres oder eines Scheibenpaares ist - wie dies aus dem eingangs genannten Stand der Technik für Innenwellrippen bekannt ist. Durch das erfindungsgemäß ausgebildete, in einen Strömungskanal einstückig integrierte Turbulenzblech ergibt sich der zusätzliche Vorteil einer erhöhten Turbulenz infolge Versatzes der Anströmkanten.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in einem ersten Verfahrensschritt längliche Öffnungen, insbesondere Langlöcher in ein ebenes Blech eingebracht werden, wobei die Zuführung des Blechstreifens und die Herstellung der Langlöcher kontinuierlich erfolgen kann. Dadurch ergibt sich eine erhöhte Vorschubgeschwindigkeit. Die Langlöcher können vorzugsweise durch Lochstanzen hergestellt werden, was auf einem entsprechend ausgebildeten Rollensatz erfolgt, welcher auf seinem Umfang angeordnete Stempel (Matrizen und Patrizen) aufweist. Beim Lochstanzen beispielsweise wird - im Gegensatz zu dem bekannten Scheren oder Schlitzen - Material aus dem ebenen Blechstreifen ausgestanzt. Vorteilhaft hierbei ist eine saubere, klar definierte Schnittkante. Durch die Langlöcher ist die Voraussetzung zur Herstellung von versetzten Wellungen gegeben. In einem zweiten Verfahrensschritt werden daher die Wellungen hergestellt, wobei das Bandmaterial quer zur Vorschubrichtung gerafft bzw. gefaltet wird. Dabei entstehen Wellenkämme auf der Ober- und der Unterseite, welche in Vorschub-, d. h. in x-Richtung verlaufen. Die Wellenkämme erstrecken sich jeweils zwischen den Langlöchern und bilden eine Verbindung der einzelnen gewellten Streifen. In einem dritten Verfahrensschritt werden dann vorzugsweise in jedem zweiten, d. h. übernächsten Streifen die Wellungen derart quer gegeneinander versetzt, so dass sich der bekannte Versatz in y-Richtung ergibt. Bei dieser Querverformung berühren sich Vorderkanten und Hinterkanten nicht, da zwischen ihnen der durch die Langlöcher bedingte Abstand besteht. Es tritt also kein Schervorgang mit unsauberen Schnittflächen auf. Insbesondere wird der Vorteil erzielt, dass das erfindungsgemäße Turbulenzblech schneller, d. h. mit einer höheren Vorschubgeschwindigkeit herstellbar ist. Dies senkt die Herstellkosten.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch die Merkmale des nebengeordneten Patentanspruches 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß ist bei einem Turbulenzblech mit mäanderförmig ausgebildeten Strömungskanälen, die einen trapez- oder rechteckförmigen Strömungsquerschnitt aufweisen, vorgesehen, dass in mindestens einem Steg fensterartige Öffnungen mit in den Strömungskanal ausgestellten Lappen angeordnet sind. Der Steg des Turbulenzbleches wird vorzugsweise mit einer Rohrwand verlötet, wodurch sich beim Stand der Technik eine Materialverdickung oder -doppelung ergibt, welche den Wärmedurchgang behindert. Durch das Ausschneiden von Fenstern wird diese Materialdoppelung für weite Bereiche des Steges beseitigt, sodass sich ein besserer Wärmedurchgang im Bereich der gelöteten Kontaktstelle zwischen Turbulenzblech und Rohrwand ergibt. Darüber hinaus wirkt der in den Strömungskanal hineinragende Lappen als Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche, was den Wärmeübergang verbessert. Schließlich ergibt sich als weiterer Vorteil ein Verwirbelungseffekt der Strömung, wodurch die Wärmeübergangsverhältnisse weiter verbessert werden.
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Die Fenster und die Lappen werden in den Steg vorzugsweise mit einem entsprechenden Schneidwerkzeug (Stempel) eingeschnitten. Dabei wird keine geschlossene Schnittlinie erzeugt, sodass der Lappen noch eine Materialverbindung zum Steg aufweist und umgebogen werden kann.
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Vorteilhaft ist ferner, dass die Lappen alternierend gegeneinander ausgestellt werden, sodass sie - in Strömungsrichtung gesehen - gegeneinander verschränkt sind. Die Biegekante bzw. Materialverbindung ist also abwechselnd auf der linken oder rechten Seite des Steges angeordnet.
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Bedingt durch den Schneidvorgang, weisen Fenster und Lappen die gleiche Form auf. Dabei sind verschiedene Formen wie quadratisch, rechteckförmig, halbkreisförmig oder halbelliptisch möglich und vorteilhaft. Bei einer halbkreisförmigen Fenster- und Lappenform bildet somit der Durchmesser des Halbkreises die Biegekante. Das zuvor beschriebene Turbulenzblech weist durchgehende Strömungskanäle auf, d. h. die Flanken des trapez- oder rechteckförmigen Strömungsquerschnittes bilden durchgehende Flächen. Eingesetzt in einen Strömungskanal, z. B. ein Flachrohr eines Wärmeübertragers bildet das erfindungsgemäße Turbulenzblech somit diskrete Strömungskanäle. Dabei wirken die verschränkt angeordneten, in den Strömungskanal von beiden Rohrwandseiten hineinragenden Lappen den oben beschriebenen verbesserten Wärmeübertragungseffekt.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Flanken der Strömungskanäle abschnittsweise gegeneinander versetzt, sodass die Strömung durch die versetzten Anströmkanten immer wieder aufgebrochen wird. Dadurch wird ein verbesserter Wärmeübergang gegenüber dem zuvor beschriebenen Turbulenzblech mit durchgehenden Strömungskanälen erreicht, welches ein vorteilhaftes Zwischenprodukt gegenüber dem Endprodukt mit versetzten Flanken darstellt.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können beide Typen von Turbulenzblechen einstückig mit einem Flachrohr ausgebildet sein, indem beiderseits des Turbulenzbleches Materialstreifen vorgesehen sind, welche jeweils den halben Umfang des Flachrohres bilden und das Turbulenzblech umhüllen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 11 gelöst, wobei dieses Verfahren der Herstellung eines Turbulenzbleches mit durchgehenden Strömungskanälen (Zwischenprodukt) dient. Gemäß einem ersten Verfahrensschritt wird ein Flachband bereitgestellt, welches einer Reihe von Rollensätzen zugeführt wird. Gemäß einem zweiten Verfahrensschritt werden dann die Öffnungen und Lappen nach einem vorgesehenen Muster in das Flachband eingeschnitten, wobei die ausgeschnittenen Lappen eine Materialverbindung zum Flachband behalten. Gemäß einem dritten Verfahrensschritt werden die mäanderförmigen Strömungskanäle durch Faltung des Flachbandes und Raffung quer zur Vorschubrichtung hergestellt, was durch so genanntes Längswalzen erfolgt. Gemäß einem letzten Verfahrensschritt erfolgt das Eindrücken der Lappen nach innen, d. h. in die Strömungskanäle des Turbulenzbleches, was ebenfalls auf einem entsprechend bestückten Rollensatz erfolgt. Mit diesem Verfahren wird somit das Zwischenprodukt mit durchgehenden Strömungskanälen hergestellt.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Verfahren zur Herstellung eines Turbulenzbleches mit abschnittsweise versetzten Flanken der Strömungskanäle durch zwei weitere Verfahrensschritte gekennzeichnet: zusätzlich zum Einschneiden von Fenstern und Lappen werden quer zur Vorschubrichtung verlaufende Schlitze eingebracht, vorzugsweise Langlöcher durch Ausstanzen. In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt das Herstellen des Querversatzes der Flanken, und zwar nach der Herstellung der mäanderförmigen Faltung - beides erfolgt durch Längswalzen. Mit diesem Verfahren wird das Endprodukt hergestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt somit durch Modifikation der einzelnen Verfahrensschritte sowohl die Herstellung eines vorteilhaften Zwischenproduktes als auch eines vorteilhaften Endproduktes, welche jeweils für sich verwendbar sind.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
- 1 ein erfindungsgemäßes Turbulenzblech in isometrischer Darstellung,
- 2 das Turbulenzblech gemäß 1 in einer Ansicht von oben,
- 3 das Turbulenzblech gemäß 1 in einer Ansicht von der Seite,
- 4 das Turbulenzblech in vergrößerter Darstellung in einer Ansicht von vorn,
- 5 ein Turbulenzblech, integriert in ein Flachrohr,
- 6 ein Turbulenzblech mit durchgehenden Strömungskanälen und ausgestellten Lappen,
- 7 ein Turbulenzblech mit quer versetzten Strömungskanälen und ausgestellten Lappen,
- 8 eine Ansicht von vorn auf das Turbulenzblech gemäß 7,
- 9 ein in ein Flachrohr integriertes Turbulenzblech, und
- 10 ein Flachband mit Einschnitten und Schlitzen zur Herstellung eines Turbulenzbleches.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Turbulenzblech 1, welches sich räumlich in drei Achsen erstreckt, welche durch ein Achsenkreuz x, y, z dargestellt sind. Das Turbulenzblech 1 ist als länglicher Streifen ausgebildet, wobei die Breite des Streifens - in y-Richtung gesehen - durch zwei parallel verlaufende Längsränder 2, 3 begrenzt wird. In Längs- bzw. x-Richtung ist das Turbulenzblech 1 endlos herstellbar. Das Turbulenzblech 1 weist zwei Längsabschnitte A, B auf, welche das Ergebnis unterschiedlicher Herstellungsstufen darstellen. Der Abschnitt A stellt - fertigungstechnisch gesehen - ein Zwischenprodukt, der Abschnitt B, das Endprodukt dar. Der Abschnitt A weist vier in x-Richtung hintereinander liegende jeweils mäanderförmig ausgebildete Streifen A1, A2, A3, A4 auf, welche partiell durch Langlöcher 4 voneinander getrennt sind. Die Langlöcher 4 weisen - in x-Richtung gesehen - jeweils einen Abstand a auf. Im Bereich der Langlöcher 4 weisen die mäanderförmigen Streifen A1, A2, A3, A4 jeweils Abström- oder Hinterkanten 5 und Anström- oder Vorderkanten 6 auf. Zwischen Vorder- und Hinterkanten 6, 5 erstrecken sich die Langlöcher mit der Spaltweite a. Zwischen in y-Richtung benachbarten Langlöchern 4 erstrecken sich in x-Richtung durchgehende Materialstreifen 7, 8, 9, welche eine Materialbrücke zwischen den einzelnen Streifen A1, A2, A3, A4 bilden.
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Der Abschnitt B stellt - wie bereits erwähnt - das fertige Turbulenzblech dar: es weist (beispielhaft) sieben hintereinander angeordnete, mäanderförmig ausgebildete Streifen B1 bis B7 auf, wobei aufeinander folgende Streifen im Bereich der Langlöcher 4 jeweils in y-Richtung gegeneinander versetzt angeordnet sind. Für den Abschnitt B werden dieselben Bezugszahlen wie für den Abschnitt A verwendet. Durch den Versatz der Wellung der einzelnen Streifen B1 bis B7 ergeben sich Durchtrittsöffnungen 10, welche durch die Hinterkanten 5 und die Vorderkanten 6 begrenzt sind.
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2 zeigt eine Draufsicht auf das Turbulenzblech 1 gemäß 1, wobei für gleiche Teile gleiche Bezugszahlen verwendet werden. In dieser Draufsicht, d. h. in einer Ansicht in Richtung der z-Achse erscheinen die Langlöcher 4 als Projektion in der x-y-Ebene. Jeweils vier Langlöcher 4 bilden eine Reihe, welche sich in y-Richtung erstreckt. In X-Richtung ist eine Vielzahl von solchen Reihen angeordnet, wobei sich jeweils zwischen benachbarten Langlöchern 4 einer Reihe die durchgehenden Materialstreifen 7, 8, 9 erstrecken. Die Breite des Turbulenzbleches 1 ist mit b bezeichnet - sie entspricht nicht - wie später zum Herstellungsverfahren ausgeführt - der Breite des Ausgangsbandmateriales.
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3 zeigt eine Seitenansicht des Turbulenzbleches 1, d. h. eine Ansicht in y-Richtung. Die Langlöcher 4 erscheinen hier als Rechtecke, welche einerseits durch den durchgehenden Randstreifen 2 und andererseits durch den Materialstreifen 7 begrenzt sind. Da die Langlöcher 4 in y-Richtung, d. h. senkrecht zur Zeichenebene durchgehend sind, ergibt sich bei einer Durchströmung in dieser Richtung ein geringerer Strömungswiderstand, als dies bei Turbulenzblechen nach dem Stand der Technik der Fall ist. Die Breite der Rechtecke 4 entspricht dem Abstand a.
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4 zeigt eine vergrößerte Ansicht von vorn, d. h. in x-Richtung auf das Turbulenzblech 1. Die Durchtrittsöffnungen 10 erscheinen als etwa rechteckförmige Fenster und werden von den Anströmkanten 6 teilweise begrenzt. Das dargestellte Turbulenzblech 1 ist vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung herstellbar.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Turbulenzbleches 1 erfolgt in folgenden Schritten: In einem ersten Verfahrensschritt wird ein flaches (ebenes) Bandmaterial bereitgestellt, welches von einem Coil abgewickelt und einer Reihe von nicht dargestellten Rollensätzen zugeführt wird. In dem ersten Rollensatz werden die oben erwähnten Langlöcher 4 nach einem vorgegebenen Muster hergestellt, welches dem Muster der Langlöcher 4 gemäß
2 entspricht, nachdem das Turbulenzblech 1 in eine Ebene gestreckt wurde. Die Breite des Ausgangsbandmaterials ist somit auch entsprechend größer als die in
2 eingezeichnete Breite b. Die Langlöcher 4 können vorzugsweise in das flache Bandmaterial gestanzt werden, was durch am Rollensatz angeordnete Stempelwerkzeuge erfolgt. Das ausgestanzte Material muss dabei entsorgt werden. Durch das Stanzen entstehen saubere definierte Schnittkanten. In einem zweiten Verfahrensschritt auf einem zweiten oder weiteren Rollensätzen wird das Bandmaterial, welches in x-Richtung zugeführt wird, in y-Richtung gerafft, gefaltet bzw. gewellt, was wiederum durch entsprechende Ausbildung des Rollensatzes erfolgt. In diesem zweiten Verfahrensschritt sind die Wellungen durchgehend in Vorschubrichtung, d. h. es liegt noch kein Versatz zwischen den einzelnen Streifen vor. Das entsprechende Zwischenprodukt nach dem zweiten Verfahrensschritt entspricht dem Abschnitt A mit den fluchtenden Streifen A1, A2, A3 A4. Im nächsten, d. h. im dritten Verfahrensschritt wird der Versatz der Wellungen, d. h. der Streifen B1, B3, B5, B7 und so weiter gegenüber den Streifen B2, B4, B6 und so weiter hergestellt. Auch dies erfolgt durch einen speziell ausgebildeten Rollensatz, wie er grundsätzlich aus dem eingangs erörterten Stand der Technik (
US 6,546,774 B2 ) bekannt ist. Der Versatz wird somit dadurch hergestellt, dass eine Hälfte eines Wellenbogens, beispielsweise zwischen den Materialstreifen 7, 8 oder 8, 9 in y- und z-Richtung in eine entgegengesetzte Endposition gedrückt wird. Hierfür sind speziell gestaltete Zähne am Umfang der Rollensätze angeordnet. Aufgrund der erfindungsgemäßen Langlöcher kann diese Verformung relativ schnell erfolgen, da keine Scherkräfte - wie beim Stand der Technik - mehr zu überwinden sind.
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Das oben beschriebene Turbulenzblech 1 kann - wie aus dem Stand der Technik bekannt - in nicht dargestellte Flachrohre eingesetzt und mit diesen verlötet werden. In ähnlicher Weise kann das erfindungsgemäße Turbulenzblech - gegebenenfalls in anderen Abmessungen - in Plattenwärmeübertrager eingesetzt werden. Insbesondere dort ist eine Durchströmung nicht nur in x-Richtung, sondern auch in y-Richtung mit unterschiedlichen Strömungswiderständen möglich. Dabei kann die Breite bzw. der Abstand a entsprechend angepasst werden. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, dass das erfindungsgemäße Turbulenzblech integraler Bestandteil eines Flachrohres oder eines Strömungskanals ist, indem es einstückig mit den Wänden des Flachrohres oder des betreffenden Strömungskanals ausgebildet ist. Eine Herstellung ist beispielsweise dadurch möglich, dass die Breite b des Turbulenzbleches 1 gemäß 2 beiderseits um die Breite des zu verwendenden Flachrohres erweitert wird. Die beiderseits überstehenden Streifen werden dann jeweils nach oben und unten abgekantet, um das Turbulenzblech herumgelegt und an der gegenüber liegenden Längsseite beispielsweise durch eine Schweißnaht geschlossen. Derartige Ausbildungen sind in unterschiedlichen Variationen aus dem eingangs genannten Stand der Technik für Innenwellrippen bekannt und können für das erfindungsgemäße Turbulenzblech übernommen werden.
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5 zeigt einen Abschnitt eines Flachrohres 11 mit integriertem Turbulenzblech 12, welches versetzte Flanken mit versetzten Anströmkanten 12a, 12b aufweist. Das Flachrohr 11 weist eine Rohrwand 13 auf, welche aus zwei Längsseiten 13a, 13b sowie zwei Schmalseiten 13c, 13d besteht. Die Rohrwand 13 und das Turbulenzblech 12 sind einstückig, d. h. aus einem Flachband hergestellt, wobei an einer Seite des Turbulenzbleches 12 die Schmalseite 13c mit der Längsseite 13a und an der anderen Seite des Turbulenzbleches 12 die Schmalseite 13d mit der Längsseite 13b anschließt. Ein Herstellverfahren ist genauer in der zeitgleichen Patentanmeldung der Anmelderin (internes Aktenzeichen: 05-B-159) beschrieben.
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6 zeigt ein Turbulenzblech 14 mit einer Vielzahl von durchgehenden, parallel zueinander angeordneten Strömungskanälen 15a, 15b, 15c, 15d und so weiter. Die Strömungskanäle 15a, 15b, 15c, 15d weisen bei dem in der Zeichnung dargestelltem Ausführungsbeispiel einen trapezförmigen Strömungsquerschnitt auf, welcher jeweils durch zwei sich gegenüber liegenden Flanken 16a, 16b sowie einen die beiden Flanken 16a, 16b verbindenden Steg 17a, 17b gebildet wird. Die Stege 17a, 17b werden mit einer nicht dargestellten Rohrwand von Rohren eines Wärmeübertragers verbunden, vorzugsweise verlötet. Zusammen mit den nicht dargestellten Rohrwänden ergeben sich die trapezförmigen Strömungsquerschnitte bzw. die durchgehenden, diskreten Strömungskanäle 15a, 15b, 15c, 15d. In den Stegen 17a, 17b sind quadratische Fenster 18a, 18b angeordnet, aus welchen jeweils ein in den Strömungskanal 15a bis 15d ... ragender Lappen aus Lappen 19a, 19b ausgestellt ist. Die Koordinaten für das Turbulenzblech 14 sind durch ein Achsenkreuz mit den Pfeilen x, y gekennzeichnet. Die Strömungskanäle 15a bis 15d verlaufen somit in x-Richtung - diese entspricht auch der Vorschubrichtung beim Herstellen des Turbulenzbleches 14 durch Längswalzen, auch Walzprofilieren genannt. Die y-Richtung bezeichnet die Richtung quer zur Vorschubrichtung - in dieser Richtung wird das für die Herstellung benötigte Flachband gerafft, um das trapezförmige Mäanderprofil zu erzeugen. Das Herstellungsverfahren wird unten ausführlicher beschrieben.
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7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Turbulenzbleches 20, welches - im Unterschied zum Turbulenzblech gemäß 6 - keine durchgehenden, diskreten Strömungskanäle aufweist, sondern Strömungskanäle mit quer versetzten Abschnitten. Analog zum vorherigen Ausführungsbeispiel ist das Achsenkreuz mit den Koordinaten x und y eingezeichnet. Das Turbulenzblech 20 weist in x-Richtung verlaufende Strömungskanäle 21 auf, welche jeweils durch einzelne Abschnitte A, B, C gebildet werden, die jeweils quer, d. h. in y-Richtung gegeneinander versetzt sind. Dadurch ergeben sich analog zum Ausführungsbeispiel gemäß 1, Abschnitt B versetzte Anströmkanten. Die Strömungskanäle 21 weisen hier einen etwa rechteckförmigen Querschnitt auf, der jeweils einen oberen oder unteren Steg 22a, 22b aufweist. In die Stege 22a, 22b sind - analog zum vorherigen Ausführungsbeispiel - Fenster 23a, 23b, 23c, 23d und Lappen 24a, 24b, 24c, 24d eingeschnitten, welche in die Strömungskanäle 21 hinein gebogen sind. Die Fenster 23a bis 23d und die Lappen 24a bis 24d weisen jeweils etwa die Form eines Halbkreises auf, wobei der Durchmesser des Halbkreises eine Biegekante für den abgebogenen Lappen bildet. Wie aus der Darstellung ersichtlich, wechselt die Anordnung von in x-Richtung hintereinander angeordneten Fenstern 23a, 23b bzw. 23c, 23d sowie der zugehörigen Lappen 24a, 24b bzw. 24c, 24d spiegelbildlich, sodass jeweils hintereinander angeordnete Lappen verschränkt zueinander angeordnet sind. Durch diese Anordnung der Lappen entsteht ein besonders effektiver Verwirbelungseffekt. Darüber hinaus ergibt sich eine Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche. Durch die Fenster wird die Dicke der wärmeleitenden Wand verringert, d. h. die Wärmeleitung verbessert.
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8 zeigt das Turbulenzblech 20 in einer vergrößerten Ansicht von vorn, d. h. in x-Richtung gesehen. Es werden die gleichen Bezugszahlen wie im Ausführungsbeispiel gemäß 7 verwendet. Man erkennt in dieser Darstellung deutlich, dass jeweils zwei hintereinander angeordnete Lappen 24a, 24b bzw. 24c, 24d verschränkt zueinander angeordnet sind und sich kreuzen. Selbstverständlich sind Abwandlungen hinsichtlich der Ausstellungswinkel der Lappen möglich.
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9 zeigt einen Abschnitt eines Flachrohres 25 mit einem integrierten Turbulenzblech 26, welches dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 und 8 entspricht, mit dem Unterschied, dass hier ein trapezförmiger Strömungsquerschnitt vorgesehen ist. Das Turbulenzblech 26 ist - analog dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 - einstückig mit der Rohrwand 27 des Flachrohres 25 ausgebildet. Die Beschreibung zu 5 trifft analog auch auf dieses Ausführungsbeispiel zu.
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10 zeigt einen Ausschnitt eines Flachbandes 28 in einem Stadium des Herstellungsprozesses für ein Turbulenzblech. Seitlich des Flachbandes 28 ist ein Achsenkreuz mit den Richtungen x und y dargestellt, wobei x die Vorschubrichtung des Flachbandes 28 anzeigt. In das Flachband 28 sind Reihen von Trennschnitten 29a, 29b eingebracht, die die Form eines halben Kreisbogens aufweisen, wobei aufeinander folgende Reihen von Trennschnitten 29a, 29b jeweils spiegelbildlich angeordnet sind. Ferner sind in das Flachband 28 quer bzw. in y-Richtung verlaufende Schlitze 30a, 30b eingebracht, die in x-Richtung gesehen versetzt zueinander angeordnet sind. Aus den Trennschnitten 29a, 29b werden die oben erwähnten Fenster und Lappen gebildet. Die Längsschlitze 30a, 30b sind erforderlich, um beim Falten bzw. Raffen des Flachbandes 28 in y-Richtung einen Querversatz der einzelnen Abschnitte der Strömungskanäle herzustellen. Das dargestellte Schnitt- bzw. Stanzmuster, bestehend aus Trennschnitten 29a, 29b und Schlitzen 30a, 30b, ist erforderlich, um ein Turbulenzblech, etwa entsprechend der Ausführungsform gemäß 7 herzustellen. Möglich ist jedoch auch, die Schlitze 30a, 30b nicht einzubringen - man erhält dann ein Turbulenzblech mit durchgehenden Strömungskanälen, wie es etwa in 6 dargestellt ist, allerdings mit quadratischen Fenstern. Im Übrigen entspricht dieses Herstellungsverfahren dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung des Turbulenzbleches 1.