EP0305665B1 - Heat exchanger with lamella fins - Google Patents

Description

Translated fromGerman

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit Lamellenrippen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein verfahren zur Herstellung der Lamellenrippen für einen Wärmetauscher nach Anspruch 1.The invention relates to a heat exchanger with fins according to the preamble ofclaim 1 and a method for producing the fins for a heat exchanger according toclaim 1.

Aus der GB-A-1 174 402 ist ein Wärmetauscher mit Lamellenrippen bekannt, bei welchem die Lamellenrippen durch ausgeformte Kragen derselben im Abstand voneinander und parallel zueinander gehalten sind, und die in Durchzügen der Kragen von parallel zueinander verlaufenden Rohren durchdrungen sind, wobei jeweils der Innendurchmesser des Durchzugs an den Außendurchmesser des Rohrs angepaßt ist und am Außenumfang des Rohrs mindestens teilweise anliegt, und am durchgezogenen Rand des Durchzugs am Umfang verteilt Zungen angeordnet sind, deren freie Enden in einem Winkel zum den Durchzug durchragenden Rohr abgewinkelt sind und Distanzanlageflächen für die anschließende Lamellenrippe abgeben.From GB-A-1 174 402 a heat exchanger with fin fins is known, in which the fin fins are kept at a distance from one another and parallel to one another by shaped collars, and which are penetrated in passages through the collars by tubes running parallel to one another, each of which Inner diameter of the passage is adapted to the outer diameter of the tube and at least partially abuts the outer circumference of the tube, and tongues are arranged on the solid edge of the passage distributed around the circumference, the free ends of which are angled at an angle to the tube projecting through the passage and spacing contact surfaces for the subsequent Release the fin rib.

Bei diesem bekannten Wärmetauscher sind die umgebogenen Zungen des durchgezogenen Kragens bis etwa in die halbe Höhe des Kragens hinein freigeschnitten und die freien Enden der Zungen nach außen abgerundet abgebogen, wie dies insbesondere aus der Figur 7 ersichtlich ist. Dies hat gravierende Nachteile. Der verformte Lamellenkragen liegt nur mit einem Teil der möglichen Anlagefläche am Rohr an, so daß ein verminderter Wärmeübergang gegeben ist. Die abgerundeten Ecken der Zunge liegen nur punkt- oder allenfalls linienförmig an der Nachbarlamelle an, so daß eine Wärmeableitung von der Nachbarlamelle über die mit nur einer sehr geringen Übertragungsfläche anliegenden Zungen praktisch nicht erfolgt und der theoretisch mögliche Wärmeübergang durch diese bekannte Lamellengestaltung praktisch halbiert ist. Darüber hinaus erfolgt durch die gerundet abgebogenen Zungen eine starke Verwirbelung der durchströmenden Kühlluft, so daß ein erhöhter Durchströmungswiderstand auftritt und an dem Kühler insgesamt ein unerwünscht hoher Druckabfall entsteht. Bei Fahrzeugen wird hiermit der Luftwiderstandsbeiwert Cw des gesamten Fahrzeugs verschlechtert, womit sich unter anderem der Kraftstoffverbrauch erhöht.In this known heat exchanger, the bent tongues of the solid collar are up to approximately half the height of the collar cut free into it and the free ends of the tongues are rounded off to the outside, as can be seen in particular from FIG. This has serious disadvantages. The deformed lamellar collar lies only with a part of the possible contact surface on the tube, so that there is a reduced heat transfer. The rounded corners of the tongue are only point or at best linear on the neighboring lamella, so that heat is not dissipated from the neighboring lamella via the tongues with only a very small transmission surface and the theoretically possible heat transfer is practically halved by this known lamella design. In addition, the rounded, bent tongues cause a strong swirling of the cooling air flowing through, so that an increased flow resistance occurs and an undesirably high pressure drop occurs overall on the cooler. In vehicles, this reduces the drag coefficient Cw of the entire vehicle, which increases fuel consumption, among other things.

Aus der DE-A-23 07 059 ist weiter ein Wärmetauscher mit ausgeformten Kragen bekannt, bei dem die freien Enden der Kragen ebenfalls in einem Winkel zum den Durchzug durchragenden Rohr abgewinkelt sind und diese abgewinkelten Flächen Distanzanlageflächen für die anschließenden Lamellenrippen abgeben. Werden bei solchen Wärmetauschern Lamellen mit höherer Festigkeit verwendet, so treten beim Durchziehen der Kragen an den Kragenenden Risse auf, da dort eine relativ große Werkstoffverformung erforderlich ist. Risse in den Lamellenrippen stören den Wärmefluß, erhöhen den Durchströmungswiderstand, fördern die Korrosion und vermindern dadurch die Lebensdauer des Wärmetauschers. Ein anderer, dieselben oben genannten Nachteile aufweisender Wärmetauscher ist auch aus der DE-OS 21 23 722 bekannt. Ferner ist es aus der GB 2 047 399 bekannt, freigestanzte, abgewinkelte Zungen der Lamellenrippen mit den Wärmetauscherrohren zu verlöten. Durch die wenigen, relativ schmalen, abgewinkelten Zungen ist der Wärmefluß aber dennoch stark behindert.From DE-A-23 07 059 a heat exchanger with a shaped collar is also known, in which the free ends of the collars are also angled at an angle to the tube projecting through and these angled surfaces are spacing surfaces for the subsequent ones Deliver the lamellar ribs. If fins with higher strength are used in such heat exchangers, cracks occur when the collar is pulled through, since a relatively large material deformation is required there. Cracks in the fins disrupt the heat flow, increase the flow resistance, promote corrosion and thereby reduce the service life of the heat exchanger. Another heat exchanger which has the same disadvantages mentioned above is also known from DE-OS 21 23 722. Furthermore, it is known fromGB 2 047 399 to solder free-punched, angled tongues of the fin ribs to the heat exchanger tubes. Due to the few, relatively narrow, angled tongues, the heat flow is still severely hampered.

In Vermeidung der geschilderten Nachteile liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszubilden, daß bei erhöhter Rohrlamellenfestigkeit ein geringerer Luftwiderstand bei gutem Wärmeübergang erreicht wird.In avoiding the disadvantages described, the present invention is based on the object of designing a heat exchanger according to the preamble ofclaim 1 in such a way that, with increased tube fin strength, a lower air resistance is achieved with good heat transfer.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 vor.To achieve this object, the invention provides the characterizing features ofclaim 1.

Die oben geschilderten Nachteile können durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 vermieden werden. Durch die Distanzanlageflächen wird neben der exakten Abstandseinhaltung gleichzeitig noch durch die Berührungsflächenvergrößerung im Rohrbereich die Wärmeleitung verbessert. Die Zwischenräume zwischen den Lamellenrippen sind sonst frei von Distanzhaltern, so daß die Kühlluft mit optimal geringem Durchströmwiderstand durchstreichen kann. Weiter vorteilhaft ist, daß auch bei größeren Rohrdurchmessern durch die Anordnung einer größeren Anzahl von am Umfang verteilten Zungen, Lamellenmaterial hoher Festigkeit verarbeitet werden kann, wobei die erforderliche Verformung optimal niedrig gehalten werden kann; bei der Verarbeitung von Lamellenrippen-Werkstoffen höherer Festigkeit tritt daher keine Rißbildung auf, insbesondere bei der Formung der Kragen in den abgewinkelten Zungen. Insbesondere kann hier durch ein- oder mehrmaliges Auswalzen praktisch federhart verfestigtes Material ohne Gefahr der Rißbildung verarbeitet werden. Die abgewinkelten Zungen liegen an der Gegenlamelle an und können so zur Wärmeabführung mit beitragen. Neben der Funktion "Abstandshalter" kommt somit noch ein weiterer Vorteil der besseren Wärmeübertragung hinzu, da hier praktisch Wärme des die Lamelle durchragenden Rohrs von beiden Lamellenseiten her übertragen werden kann. Dadurch, daß die größte Außenabmessung der Ausstanzung vor dem Durchziehen kleiner ist als der Außendurchmesser des Rohres, wird gewährleistet, daß der gesamte durchgezogene Kragen am Rohr anliegt und so ein optimaler Wärmeübergang erreicht ist.The disadvantages described above can be avoided by the combination of features ofclaim 1. Through the In addition to maintaining the exact distance, distance contact surfaces are also improved by increasing the contact area in the pipe area, the heat conduction. The spaces between the fins are otherwise free of spacers, so that the cooling air can pass through with optimally low flow resistance. It is further advantageous that even with larger pipe diameters, by arranging a larger number of tongues distributed around the circumference, lamella material of high strength can be processed, the required deformation being kept optimally low; When processing lamellar rib materials of higher strength, there is therefore no cracking, particularly when the collar is formed in the angled tongues. In particular, practically spring-hardened material can be processed here by rolling out one or more times without the risk of crack formation. The angled tongues lie against the counter lamella and can thus contribute to heat dissipation. In addition to the "spacer" function, there is also another advantage of better heat transfer, since here practically heat of the tube projecting through the lamella can be transferred from both lamella sides. The fact that the largest outer dimension of the punched out is smaller than the outer diameter of the tube before pulling through, ensures that the entire solid collar rests against the tube and thus a optimal heat transfer is reached.

Zur Herstellung der Lamellenrippen für einen Wärmetauscher gemäß Anspruch 1 wird die Lamellenrippe zuerst mit sternförmigen Ausstanzungen versehen, dann werden die Ränder dieser Ausstanzungen mit ihren durch die Sternform gebildeten Zungen um 90° mittels Durchziehstempeln zu Kragen durchgezogen, und anschließend werden die Zungen über mindestens einen wesentlichen Teil ihrer Länge zur Bildung der Distanzanlageflächen nach außen abgewinkelt, wobei der Abstand der Distanzanlageflächen von der Lamellengrundfläche durch ein Kalibrierpressen bei allen so gebildeten Kragen der Lamellen gleichgemacht wird. Dadurch, daß die Zungen bei der Herstellung freigestanzt und dazu die Außenkontur der Ausstanzung sternartig ausgebildet ist, braucht der Lamellenrippen-Werkstoff beim Durchziehen zur Bildung des Kragens nicht sehr stark verformt werden, so daß auch härteres Rippenmaterial verwendet werden kann, um so Kühlerbeschädigungen im robusten Betrieb und bei Reinigungsarbeiten möglichst gering zu halten.To produce the fins for a heat exchanger according toclaim 1, the fins are first provided with star-shaped punchings, then the edges of these punchings with their tongues formed by the star shape are pulled through 90 ° by means of pull-through punches, and then the tongues are at least substantially Part of its length is angled outwards to form the spacer contact surfaces, the distance of the spacer contact surfaces from the base plate surface being equalized by a calibration press in all the collars of the plates formed in this way. Due to the fact that the tongues are punched free during manufacture and the outer contour of the punching is star-shaped, the lamellar rib material does not have to be deformed very much when pulled through to form the collar, so that harder rib material can also be used, in order to damage the radiator in a robust manner Keep operation and cleaning work as low as possible.

Die Erfindung wird mit ihren Vorteilen anhand der beigefügten Zeichnungen in der nachstehenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den beigefügten Zeichnungen zeigt:

Figur 1

eine Teildraufsicht auf eine Ausstanzung einer Lamellenrippe,

Figur 2

einen Teilschnitt entlang der Linie II-II inFigur 1,

Figuren 3, 4

denFiguren 1 und 2 entsprechende Darstellungen des zweiten Arbeitsschrittes nach dem Durchziehen des Rands der Ausstanzung,

Figuren 5, 6

denFiguren 1 und 2 bzw. 3 und 4 entsprechende Darstellungen des letzten Arbeitsgangs beim Herstellen der Lamellenrippen mit umgebogenen Zungen, wobei in Figur 6 das einen Wärmeträger führende Rohr eingezeichnet ist und

Figuren 7 bis 12

denFiguren 1 bis 6 entsprechende Darstellungen einer anderen Ausführungsform mit kleinerer Ausstanzung und entsprechend weniger am Umfang der Ausstanzung angeordneten Zungen.

The invention is explained in more detail with its advantages with reference to the accompanying drawings in the following description of two exemplary embodiments. In the accompanying drawings:

Figure 1

a partial plan view of a punched-out lamella rib,

Figure 2

2 shows a partial section along the line II-II in FIG. 1,

Figures 3, 4

1 and 2 corresponding representations of the second step after pulling the edge of the punched out,

Figures 5, 6

Figures 1 and 2 or 3 and 4 corresponding representations of the last step in the manufacture of the fins with bent tongues, wherein the pipe carrying a heat transfer medium is shown in Figure 6 and

Figures 7 to 12

Figures 1 to 6 corresponding representations of another embodiment with a smaller punched out and accordingly tongues arranged less on the circumference of the punching.

Für alle entsprechenden Teile werden in der nachfolgenden Beschreibung die gleichen Bezugszeichen verwendet.The same reference numerals are used for all corresponding parts in the following description.

In der nur partiell in Draufsicht in Figur 1 dargestellten Lamellenrippe 1 aus Blech ist eine etwa sternförmige Ausstanzung 2 mit am Umfang verteilten Zungen 3 eingebracht. Im Durchziehverfahren ist dann der Randbereich der Ausstanzung 2 mit den Zungen 3 gemäß den Figuren 3 und 4 durchgezogen und bildet so einen in den Ausführungsbeispielen kreisrunden Durchzug 2′ mit einem zylindrischen Teil 4, an den sich die Zungen 3 fluchtend anschließen. Die Zungen 3 selbst werden anschließend gemäß den Figuren 5 und 6 über einen wesentlichen Teil ihrer Länge um 90° abgewinkelt, wobei durch ein Kalibrierpressen der Abstand 5, der durch die Abwinkelung gebildeten Distanzanlageflächen 6 von der Lamellengrundfläche 7 bei allen so gebildeten Kragen 8 der Lamellenrippen gleich gemacht wird.An approximately star-shaped punching 2 withtongues 3 distributed around the circumference is introduced into thelamella rib 1 made of sheet metal, which is only partially shown in plan view in FIG. In the pulling process, the edge region of the punched-out 2 with thetongues 3 according to FIGS. 3 and 4 is pulled through and thus forms a circular passage 2 'in the exemplary embodiments with a cylindrical part 4, to which thetongues 3 adjoin in alignment. Thetongues 3 themselves are then angled according to FIGS. 5 and 6 over a substantial part of their length by 90 °, the distance 5, the spacing surfaces 6 formed by the angling from the lamella base surface 7 in allcollars 8 of the lamella ribs formed in this way being calibrated is done immediately.

Die so hergestellten Lamellenrippen 1 werden dann auf parallel zueinander verlaufende Rohre parallel zueinander zur Bildung des Wärmetauschers angeordnet. Durch die Distanzanlageflächen 6 werden die einzelnen Lamellenrippen 1 in gleichem Abstand voneinander gehalten, wobei der Außendurchmesser 10 des Rohrs 9 dem Innendurchmesser 11 des Kragens 8 entspricht. Durch Aufweitung der Rohre 9 wird zur Erzeugung eines guten Wärmeübergangs ein Preßsitz erzeugt.Thefins 1 produced in this way are then arranged parallel to one another on tubes running parallel to one another to form the heat exchanger. Theindividual lamella ribs 1 are held at the same distance from one another by the spacer contact surfaces 6, the outer diameter 10 of the tube 9 corresponding to the inner diameter 11 of thecollar 8. By Widening of the tubes 9 a press fit is generated to produce good heat transfer.

Beim Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 6 weist die Ausstanzung 2 sechs Zungen 3 auf, während beim in den Figuren 7 bis 11 dargestellten Ausführungsbeispiel für Lamellenrippen 1 mit Rohren 9 mit kleinerem Durchmesser bei jeder Ausstanzung 2 nur drei Zungen 3 vorgesehen sind. Im Prinzip ist aber die Gestaltung entsprechend der Ausführungsform der Figuren 1 bis 6 so, daß sich eine nähere Beschreibung hier erübrigt.In the embodiment of Figures 1 to 6, thepunch 2 has sixtongues 3, while in the embodiment shown in Figures 7 to 11 forlamellar fins 1 with tubes 9 with a smaller diameter only threetongues 3 are provided for eachpunch 2. In principle, however, the design according to the embodiment of Figures 1 to 6 is such that a detailed description is unnecessary here.

Claims (2)

1. A heat exchanger having lamella fins (1), which are held at a distance from and parallel to each other by shaped collars (8) on the lamella fins (1) and which are penetrated by pipes (9) running parallel to each other in passages (2') through the collars (8), the internal diameter of the passage (2') in each case matching the external diameter of the pipe (9) and at least partially contacting the external periphery of the pipe (9), wherein tongues (3) are distributed on the periphery of the stripped rim of the passage (2'), the free ends of the tongues (3) are bent at an angle to the pipe (9) projecting through the passage (2'), and that these bent tongues (3) provide spacer locating surfaces (6) for the adjacent parallel lamella fins (1), wherein in relation to the pipe (9) the angle of the bent tongues (3) amounts to 90°, wherein the largest external dimension of the punched-out part (2) is smaller before stripping than the external diameter (10) of the pipe, wherein, depending on the pipe diameter, the number of tongues (3) distributed is higher for a larger pipe diameter than for a smaller pipe diameter, wherein the distance (5) of the spacer locating surfaces (6) from the lamella base surface (7) is the same, by coining all the spacer locating surfaces (6) of the lamella fin (1).
2. A process for producing the lamella fin (1) for a heat exchanger as claimed in claim 1, wherein, the lamella fins (1) are provided with star-shaped punched-out parts (2) the rims of these punched-out parts (2) are then, together with their tongues (3) as formed by the star-shape, stripped through 90° to form collars by means of stripping punches, and the tongues (3) are subsequently bent outward for at least a substantial portion of their length in order to form the spacer locating surfaces (6), wherein the distance (5) of the spacer locating surfaces (6) from the lamella base surface (7) is made the same, by coining all the collars (8) ofthe lamella (1) built that way.

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