[0001] Die Erfindung betrifft eine Rippe für einen Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 sowie einen Wärmetauscher mit einer solchen Rippe. Die Erfindung betrifft
zudem eine Rippe für einen Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 14 sowie
ein Verfahren zur Herstellung einer Rippe für einen Wärmetauscher.
[0002] Es sind Wärmetauscher bekannt, bei denen zur Verbesserung der Tauscherleistung Rippen
in fluiddurchströmten Kanälen vorgesehen sind. Solche Rippen können zum Beispiel als
Glattrippen, Kiemenrippen oder auch als Stegrippen ausgebildet sein. Im ersten Fall
wird aufgrund der weitgehend laminaren Strömung eine nur relativ kleine Verbesserung
der Tauscherleistung erreicht, wobei aber auch der durch die Rippen bedingte Druckabfall
des Fluids verhältnismäßig gering ist. Stegrippen zeigen eine besonders deutliche
Verbesserung der Tauscherleistung bei gegebener Baugröße, bedeuten aber auch einen
oft unerwünscht großen Druckabfall über den Strömungskanal. Stegrippen kommen unter
anderem in Ladeluftkühlern von Kraftfahrzeugen zum Einsatz, und zwar vorwiegend auf
der Seite der Ladeluft.
[0003] DD 0 152 187 beschreibt ein streifenförmiges Rohreinbauelement für Rohrbündel-Wärmetauscher im
Bereich der petrochemischen Industrie, bei dem trapezförmige Auslaschungen zur Erzeugung
von Turbulenzen vorghesehen sind. Die Auslaschungen haben in Strömungsrichtung eine
veränderliche Breite, wobei die Laschungen um eine längere von zwei parallelen Kanten
des Trapezes um einen Winkel von mehr als 30° aus dem Streifen ausgebogen sind.
[0004] Der Forschungsbericht ("Research Memorandum") Nummer RM A9L29 des National Advisory
Comittee for Aeronautics (NACA), Washington, USA, vom 23. Februar 1950 beschreibt
einen versenkten Lufteinlass für Tragflächen von Flugzeugen, die in einem Geschwindigkeitsbereich
von Mach 0,6 bis Mach 1,08 in ihrem Strömungsverhalten untersucht wurden.
[0005] Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Rippe für einen Wärmetauscher anzugeben, die
einen guten Wärmeübergang bei gegebenem Druckabfall aufweist. Es ist zudem die Aufgabe
der Erfindung, eine Rippe für einen Wärmetaquscher anzugeben, die bei hoher Leistungsfähigkeit
kostengünstig herstellbar ist.
[0006] Diese Aufgabe wird für eine eingangs genannte Vorrichtung erfindungsgemäß mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die zumindest eine gekrümmt
verlaufende Seitenwand der Auslaschung, die ausgehend von der ersten Kante eine der
Neigung der Laschenfläche entsprechend abnehmende Höhe aufweist, wird eine verbesserte
Strömung der Luft im Bereich der Auslaschung erzielt, durch die bei gegebenem Druckabfall
eine größere Wärmemenge zwischen Luft und Rippe übertragen.
[0007] In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung formen die erste Kante, zumindest eine
endseitige Kante der zumindest einen Seitenwand und eine zweite gerade Kante der Wandfläche
eine im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung orientierte, von dem ersten Fluid
durchströmbare Öffnung aus, die insbesondere bevorzugt eine im Wesentlichen dreieckige
Form hat. Die Laschenfläche ist dabei über eine dritte Kante mit der Wandfläche verbunden,
wobei die Laschenfläche bevorzugt über die dritte Kante zu der Wandfläche gewinkelt
ist und der Winkel vorteilhaft zwischen etwa acht Grad und etwa sechzehn Grad, insbesondere
etwa zwölf Grad, beträgt. Die Länge der dritten Kante beträgt dabei vorteilhaft zwischen
etwa dem Zweifachen und etwa dem Vierfachen, insbesondere etwa dem Dreifachen der
Länge der ersten Kante. Insgesamt ist hierdurch eine hutzenartige Auslaschung mit
besonders geringem Druckabfall bei guter Wärmeübertragung der durchströmenden Luft
bereitgestellt, wie sich durch Versuche gezeigt hat.
[0008] Bei der bevorzugten Ausführungsform ist zudem für den Fall einer dünnwandigen Rippe
auf Aluminiumbasis eine zuverlässige Herstellbarkeit der Auslaschungen in Serienfertigung
gegeben. Eine erfindungsgemäße Rippe kann neben Aluminium auch aus Stahl oder einem
anderen je nach Anforderungen geeigneten Werkstoff bestehen.
[0009] In besonders bevorzugter Detailgestaltung hat die Form der Laschenfläche ausgehend
von der ersten Kante in etwa die Parametrisierung [0; 2,500], [0,805; 2,470], [1,610;
2,290], [2,420; 1,910], [3,220; 1,540], [4,030; 1,210], [4,840; 0,980], [5,640; 0,780],
[6,440; 0,590], [7,240; 0,400], [8,050; 0,210], wobei der erste Wert jeweils den Abstand
von der ersten Kante in Strömungsrichtung angibt und der zweite Wert jeweils den Abstand
der Seitenwand von der dritten Kante. Eine solche Formgebung entspricht in Draufsicht
auf die Laschenfläche annähernd einem an seiner Mittelachse halbierten "NACA-Lufteinlass"
gemäß dem eingangs genannten Forschungsbericht Nummer RM A9L29.
[0010] Allgemein vorteilhaft ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich eine Breite der
Laschenfläche mit zunehmendem Abstand von der ersten Kante verringert, so dass ein
Düseneffekt für an der Auslaschung entlang strömende Luft entsteht.
[0011] Weiterhin vorteilhaft hat die Krümmung der zumindest einen Seitenwand in ihrem Verlauf
zumindest einen Wendepunkt bezüglich der Krümmungsrichtung, wodurch eine besonders
gute Modulation der Luftströmung zur Verbesserung des Wärmeübertrags bei zugleich
geringem Druckabfall erzielt wird.
[0012] Bei einer optimierten Ausführungsform der Erfindung beträgt in der Strömungsrichtung
die Neigung der Laschenfläche gegenüber der Wandfläche zwischen etwa fünf Grad und
etwa zehn Grad, insbesondere etwa sieben Grad.
[0013] Bei einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Rippe in Strömungsrichtung mehrere
nacheinander angeordnete Auslaschungen auf, was insbesondere bei langen Rippen eine
sinnvolle Anordnung zum Zweck der mehrfachen Umlenkung der Luft über die Rippenstrecke
ergibt. Andernfalls würde die Luftströmung nur über einen Teil der Rippe auf vorteilhafte
Werise durch die Auslaschung beeinflusst. Besonders bevorzugt ist dabei zumindest
eine der mehreren Auslaschungen in umgekehrter Orientierung angeordnet, wobei insbesondere
eine Gesamtwirkung der Auslaschungen auf den Fluidstrom weitgehend unabhängig von
dessen Richtung ist. Hierdurch kann zum Beispiel die Rippe ohne Auswirkungen in beiden
Orientierungen verbaut werden.
[0014] In alternativer oder ergänzender Ausführungsform ist es zur weiteren Optimierung
der Luftströmung vorgesehen, dass in der Wandfläche zumindest zwei Auslaschungen mit
unterschiedlicher Öffnungsrichtung bezüglich der Wandfläche vorgesehen sind.
[0015] Weiterhin vorteilhaft sind in der Wandfläche zumindest zwei Auslaschungen mit unterschiedlicher
Öffnungsrichtung bzw. Ausstellrichtung bezüglich der Wandfläche vorgesehen. Durch
eine solche alternierende Anordnung der Öffnungsrichtung der Auslaschungen kann der
Wärmeaustausch mit der strömenden Luft besonders gleichmäßig auf beiden Seiten der
Rippe erfolgen.
[0016] Die Aufgabe der Erfindung wird für eine Rippe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
14 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 14 gelöst. Durch die zumindest
leichte Neigung der mit der Struktur versehenen Wandfläche ist es technisch möglich,
eine solche Rippe besonders einfach herzustellen. Dabei ist eine besonders einfache
Herstellung vor allem dann gewährleistet, wenn die Struktur in der Wandfläche aufgrund
der Neigung der Wandfläche keine wesentlichen Hinterschneidungen, betrachtet in der
zu der Ebene senkrechten Richtung, bewirkt. Hierdurch wird zum Beispiel eine Herstellung
der Rippe durch ein Längswalzverfahren ermöglicht.
[0017] In bevorzugter Detailgestaltung einer solchen Rippe ist es vorgesehen, dass der Winkel
W3 nicht weniger als etwa 10°, insbesondere zwischen etwa 15° und etwa 20°, beträgt.
In diesen Wertebereichen ermöglicht der Neigungswinkel der Wand zum einen ausreichend
große bzw. tiefe Strukturen in der Wandfläche, um die Strömung des Fluids auf gewünschte
Weise zu beeinflussen, und zum anderen ist die Wandfläche im Hinblick auf eine mechanische
Festigkeit noch ausreichend steil. Zum Beispiel kann die Wandfläche einen Zuganker
zwischen den Wänden eines unter hohem Fluiddruck stehenden Flachrohres ausbilden,
etwa im Fall der Verwendung der Rippe als Innenwellrippe eines Ladeluftkühlers.
[0018] Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Rippe als quasi-endloses
Formteil aus einem Blechband mittels Längswalzung in der Strömungsrichtung A hergestellt.
Durch Längswalzen kann die Rippe mit hoher Fertigungsgeschwindigkeit besonders kostengünstig
geformt werden. Dabei können zugleich die Faltung der Wandflächen der Rippe als auch
die Strukturen in den Wandflächen hergestellt werden. Eine quasi-endlose Rippe kann
auf einfache Weise auch auf die Länge von besonders großen Wärmetauschern abgelängt
werden. Hierdurch wird vermieden, dass aufwendig mehrere einzelne Rippen in ein Tauscherrohr
eingesteckt werden müssen, um dieses über die gesamte Länge mit Rippen zu versehen.
[0019] Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Rippe aus einem Blech mit einer
Dicke zwischen etwa 0,05 mm und etwa 0,35 mm, insbesondere zwischen etwa 0,1 mm und
etwa 0,15 mm. Das Material ist dabei zweckmäßig eine Aluminiumlegierung , wobei aufgrund
der guten Formbarkeit des Aluminiums in Verbindung mit den gewählten Blechdicken auch
eine Längswalzung der Rippe als Herstellungsverfahren besonders gut möglich ist.
[0020] Allgemein vorteilhaft kann die Struktur als Einprägung und/ oder Einschneidung und/oder
Versetzung in der Wandfläche ausgebildet sein. Besonders wirksam auf die Strömung
des ersten Fluids sind dabei Versetzungen in der Wandfläche, so dass das Fluid teilweise
durch die Wandfläche in einen benachbarten Strömungsraum hindurchtreten kann.
[0021] Bei einer möglichen Detailgestaltung hat die Rippe neben der um den Winkel W3 geneigten
Wandfläche auch eine im Wesentlichen zu der Ebene senkrechte Wandfläche. Diese Wandflächen
können insbesondere im Wechsel vorliegen. Die senkrechten Wandflächen bewirken dabei
eine besonders gute mechanische Steifigkeit der Rippe gegenüber Zug- und Druckkräften.
Im Interesse einer einfachen Herstellbarkeit ist dabei bevorzugt in der zu der Ebene
senkrechten Wandfläche keine Struktur vorgesehen. Je nach Anforderungen können aber
auch sämtliche Wandflächen geneigt sein und insbesondere mit Strukturen versehen sein.
[0022] Eine erfindungsgemäße Rippe nach einem der Ansprüche 14 bis 20 kann insbesondere
auch eines oder mehrere weitere Merkmale eines der Ansprüche 1 bis 13 aufweisen, um
weitere vorteilhafte Detailgestaltung zu erzielen.
[0023] Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Rippe als Innenwellrippe
eines Ladeluftkühlers ausgebildet. Für Ladeluftkühler von hoher Leistungsdichte sind
strukturierte Wandflächen im Unterschied zu herkömmlichen Glattrippen günstig.
[0024] Die Aufgabe der Erfindung wird für ein eingangs genanntes Herstellungsverfahren mit
den Merkmalen des Anspruchs 23 gelöst. Durch die quasi-endlose Herstellung der Rippe
mittels Längswalzen in der Zuführrichtung des Blechbandes ist ein kostengünstiger
Prozess für die Herstellung in großen Stückzahlen bereitgestellt. Zudem können auch
Rippen von besonders großer Länge erzeugt werden, so dass zum Beispiel im Fall einer
Innenwellrippe eines Tauscherrohres nur eine einzige Rippe in das Tauscherrohr eingeschoben
werden muss.
[0025] Im Interesse einer Optimierung des Herstellungsverfahrens ist es vorgesehen, dass
die Anzahl der nacheinander angeordneten Walzen wenigstens 10, insbesondere wenigstens
15, beträgt. Durch die große Anzahl an separaten Walzschritten lässt sich eine zugleich
genaue als auch ausgeprägte Umformung des Blechbands erreichen. Dabei kann zum Beispiel
der Winkel der Neigungswinkel der Wandflächen relativ klein werden. Zudem können besonders
aufwendige Strukturen wie etwa durchbrochene Versetzungen bzw. Auslaschungen in die
Wandflächen eingebracht werden.
[0026] In bevorzugter Detailgestaltung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ist
die Rippe gemäß der Merkmale nach einem der Ansprüche 1 bis 22 ausgebildet ist.
[0027] Die Erfindung betrifft zudem einen Wärmetauscher mit zumindest einer erfindungsgemäßen
Rippe nach einem der Ansprüche 1 bis 22. Bevorzugt ist der Wärmetauscher ein Wärmetauscher
für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Wärmetauscher aus der Gruppe Kühlmittelkühler,
Klimawärmeübertrager oder Ladeluftkühler. Gerade bei Kraftfahrzeugen und hier insbesondere
bei Personenkraftwagen besteht ein zunehmender Mangel an Bauraum, so dass die auf
die Baugröße bezogene Übertragungsleistung eines Wärmetauschers von großer Bedeutung
ist. Durch die erfindungsgemäße Auslegung der Rippen des Wärmetauschers kann bei gleicher
Baugröße die Tauscherleistung verbessert werden.
[0028] Vorteilhaft ist, dass in der Wandfläche zumindest zwei Auslaschungen mit unterschiedlicher
Öffnungsrichtung bezüglich der Wandfläche vorgesehen sind.
[0029] Vorteilhaft ist, dass der Winkel nicht weniger als etwa 10°, insbesondere zwischen
etwa 15° und etwa 20° beträgt.
[0030] Vorteilhaft ist, dass die Rippe als quasi-endloses Formteil aus einem Blechband mittels
Längswalzung in der Strömungsrichtung hergestellt ist.
[0031] Vorteilhaft ist, dass die Rippe aus einem Blech mit einer Dicke zwischen etwa 0,05
mm und etwa 0,35 mm, insbesondere zwischen etwa 0,1 mm und etwa 0,15 mm besteht.
[0032] Vorteilhaft ist, dass die Struktur als Einprägung und/ oder Einschneidung und/oder
Versetzung in der Wandfläche ausgebildet ist.
[0033] Vorteilhaft ist, dass die Rippe neben der um den Winkel W3 geneigten Wandfläche eine
im Wesentlichen zu der Ebene senkrechte Wandfläche aufweist.
[0034] Vorteilhaft ist, dass in der zu der Ebene senkrechten Wandfläche keine Struktur vorgesehen
ist.
[0035] Vorteilhaft ist, dass die Rippe als Innenwellrippe eines Ladeluftkühlers ausgebildet
ist.
[0036] Vorteilhaft ist ein Verfahren zur Herstellung einer Rippe für einen Wärmetauscher,
umfassend folgende Schritte:
- a. Zuführen eines quasi-endlosen Bandbleches in einer Zuführrichtung;
- b. Walzen des Bandbleches mit zumindest einer ersten strukturierten Walze, wobei eine
sich parallel zur Zuführrichtung erstreckende Wandfläche mit sich in der Zuführrichtung
wiederholenden Strukturen ausgebildet wird;
- c. Ablängen des gewalzten Blechbands zu einer Rippe eines Wärmetauschers.
[0037] Vorteilhaft ist, dass das Walzen gemäß Schritt b. als mehrstufiger Walzvorgang mit
mehreren, in Zuführrichtung nacheinander angeordneten Walzen erfolgt.
[0038] Vorteilhaft ist, dass die Anzahl der nacheinander angeordneten Walzen wenigstens
10, insbesondere wenigstens 15 beträgt.
[0039] Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen
Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
[0040] Die genannten Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen können
auch einzeln oder in Kombination miteinander ausgeführt sein.
[0041] Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und
anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
- Fig. 1
- zeigt eine räumliche Darstellung von vier Abwandlungen a-d eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Rippe.
- Fig. 2
- zeigt eine schematische Draufsicht von vorne auf die Rippe aus Fig. 1d.
- Fig. 3
- zeigt eine Draufsicht auf zwei Prägescheiben einer Vorrichtung zur Herstellung einer
erfindungsgemäßen Rippe mittels Längswalzens.
[0042] Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst eine Rippe 1 aus
einem mehrfach umgebogenen Aluminiumblech. Zwischen zwei zueinander geneigten Wandflächen
1a, 1b ist ein Strömungskanal 2 ausgebildet, durch den ein erstes Fluid des Wärmetauschers,
vorliegend Luft, in Richtung des Pfeils A strömt. Der Neigungswinkel W3 der Wandflächen
1a, 1b zueinander beträgt etwa 14 Grad, wobei die eine Wandfläche 1a gegenüber einer
Ebene E des Wärmetauschers um einen Winkel W2 von etwa 12 Grad geneigt ist und die
andere Wandfläche entsprechend um einen Winkel W3-W2 von etwa 2 Grad (siehe Fig. 2).
Der Wärmetauscher ist so aufgebaut, dass mehrere der Rippen 1 unter Ausbildung paralleler
benachbarter Strömungskanäle 2 nebeneinander angeordnet sind. Oberhalb und unterhalb
der Rippen 1 sind Tauscherrohre oder Trennwände (nicht dargestellt), die ein zweites
Fluid abgrenzen, flächig mit den Rippen 1 verbunden, insbesondere flächig verlötet.
Hierzu hat die Rippe einen Kontaktbereich 1c.
[0043] In zumindest einer der Seitenwände 1a der Rippe 1 ist eine Auslaschung 3 mit einer
im Wesentlichen glatten und gegenüber der Seitenwand 1a bezüglich der Strömungsrichtung
A geneigten Laschenfläche 4 angeordnet. Der Neigungswinkel in Strömungsrichtung beträgt
etwa 7 Grad.
[0044] Bei jeder der in Fig. 1 gezeigten vier Variationen der a, b, c, d der Auslaschung
3 ist die geometrische Form identisch. Die Auslaschung 3 ist lediglich in jeweils
verschiedener Orientierung in der Wandfläche 1a angeordnet. In den Versionen a und
b ist die Auslaschung jeweils zur gleichen Seite bezüglich der Wandfläche 1a ausgestellt,
wobei aber die Orientierung bezüglich der Richtung des Fluidstroms A invertiert ist.
Bei den Versionen c und d gilt dasselbe, wobei die Auslaschung im Vergleich zu den
Versionen a und b jeweils in bezüglich der Wandfläche 1a umgekehrter Orientierung
ausgestellt sind.
[0045] Die Laschenfläche 4 hat eine erste gerade Kante 5, sie sich senkrecht zu der Strömungsrichtung
A und unter einem Winkel von etwa 12 Grad zu der Wandfläche 1 a erstreckt.
[0046] In der Wandfläche 1a ist eine zu der Laschenfläche 4 im Wesentlichen deckungsgleiche
Ausnehmung mit einer zweiten geraden Kante 6 vorhanden. Die Laschenfläche 4 ist dabei
über eine gekrümmt verlaufende Seitenwand 7 mit der Wandfläche 1a der Rippe verbunden.
Die Seitenwand 7 der Auslaschung 3 steht annähernd senkrecht auf die Wandfläche 1a
der Rippe 1. Entsprechend der Neigung der Laschenfläche 4 in Strömungsrichtung A nimmt
die Höhe der Seitenwand 7 in Strömungsrichtung A zu. Endseitig ist dabei eine Vorderkante
7a maximaler Höhe der Seitenwand 7 ausgebildet, die zusammen mit der ersten Kante
5 und der zweiten Kante 6 in einer zu der Wandfläche 1a senkrechten Ebene liegt, wobei
die drei Kanten 5, 6 und 7a eine dreieckige, senkrecht auf die Wandfläche 1a stehende
Durchbrechung bzw. Öffnung 9 ausbilden. Das Dreieck 9 hat zwei lange, durch die Kanten
5 und 6 ausgebildete Seiten, die einen spitzen Winkel W1 von 12 Grad einschließen
(siehe Fig. 2) sowie eine dem spitzen Winkel gegenüberliegende kurze Seite, die durch
die Vorderkante 7a der Seitenwand 7 gebildet wird.
[0047] Die Laschenfläche 7 geht in einer zur Strömungsrichtung annähernd parallelen dritten
Kante 8 in die Wandfläche 1a über, wobei die dritte Kante eine Knickstelle ausbildet,
über die die Laschenfläche 4 zu der Wandfläche 1a gewinkelt ist.
[0048] Die gekrümmte Seitenwand 7 hat an ihrem Anfang, betrachtet in Strömungsrichtung A
gemäß Fig. 1a, zunächst einen kleinsten Abstand von der dritten Kante 8, im vorliegenden
Beispiel annähernd einen Abstand von Null, wobei der Abstand über die Länge L der
Laschenfläche monoton wächst. Sowohl zu Beginn ihres Verlaufs als auch zum Ende verläuft
die Seitenwand fast parallel zu der dritten Kante 8.
[0049] Entsprechend der Steigung von rund 7° beträgt die Länge L der Laschenfläche 4 in
etwa das Achtfache der maximalen Höhe der Seitenwand 7.
[0050] Die Seitenwand 7 ändert auf etwa der Hälfte ihres Verlaufs ihre Krümmungsrichtung,
so dass die Krümmung genau eine Wendestelle aufweist. Eine Parametrisierung des Verlaufs
der Seitenwände des bevorzugten Ausführungsbeispiels lautet:
[0; 2,500], [0,805; 2,470], [1,610; 2,290], [2,420; 1,910], [3,220; 1,540], [4,030;
1,210], [4,840; 0,980], [5,640; 0,780], [6,440; 0,590], [7,240; 0,400], [8,050; 0,210].
[0051] Dabei bedeutet die jeweils erste Ziffer eines Koordinatenpaars [x; y] den Abstand
in Richtung der dritten Kante 8 ausgehend von der ersten Kante 5, also entgegen der
Strömungsrichtung A. Die zweite Ziffer y beschreibt an dieser Stelle den senkrechten
Abstand der Seitenwand 7 von der dritten Kante 8. In diesen dimensionslosen relativen
Einheiten hat die Seitenwand 7 eine maximale Höhe von etwa 1,0 und die maximale Breite
B der Laschenfläche 4, die entlang der ersten geraden Kante verläuft, beträgt entsprechend
2,5.
[0052] Durch die vorstehend beschriebene hutzenartige Formgebung der Auslaschung mit einer
doppelt geneigten Laschenfläche 4 und in Strömungsrichtung A ansteigender Seitenwand
7 kann die durch den Strömungskanal 2 entlang der Wandfläche 1a strömende Luft durch
die Öffnung 9 treten, wobei sie sowohl verwirbelt als auch mit einem benachbarten
Strömungskanal ausgetauscht wird. Durch den ansteigenden Verlauf der Laschenfläche
4 und die gebogene Seitenwand 7 ist eine strömungsdynamisch besonders günstige Formgebung
erreicht, die einen guten Wärmeaustausch bei geringem Druckabfall erzielt.
[0053] Auch bei Umkehrung der Strömungsrichtung A bzw. umgekehrter Orienttierung der Auslaschung
(siehe etwa Fig. 1a im Vergleich zu Fig. 1 b) zeigt eine erfindungsgemäße Auslaschung
in diesem Sinn gute Ergebnisse. Entsprechend kann es in einer weiteren abgewandelten
Ausführungsform (nicht dargestellt) vorgesehen sein, dass eine Rippe mehrere Auslaschungen
3 in nacheinander aufweist, die jeweils verschiedene Orientierungen haben. Insbesondere
können dabei die verschiedenen in Fig. 1 in den Versionen a bis d gezeigten Orientierungen
in derselben Rippe vorgesehen sein. Eine solche Rippe könnte zum Beispiel eine Abfolge
der Auslaschungen 3 wie folgt aufweisen:
a-b-c-d-a-b-c-d-...; keine bevorzugte Strömungsrichtung
a-d-a-d-a-d-...; bevorzugte Strömungsrichtung
[0054] Grundsätzlich sind je nach Anforderungen und individueller Optimierung beliebige
Abfolgen der Orientierung der Auslaschungen 3 in einer erfindungsgemäßen Rippe möglich.
[0055] Die Herstellung der Rippe erfolgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem dünnen
Aluminiumblech, in das zunächst die Auslaschungen durch Materialumformung wie etwa
Tiefziehen eingebracht werden und das nachfolgen zu der gezeigten Rippe umgebogen
wird.
[0056] Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Rippe gegenständlich
wie in den vorstehenden Ausführungsbeispielen ausgeformt und wird mittels eines Längswalzverfahrens
hergestellt. Dabei wird ein quasi-endloses Blechband aus Aluminium einer Stärke von
etwa 0,1 mm bis etwa 0,15 mm (je nach Anforderungen können auch dickere oder dünnere
Bleche verwendet werden) in einer Zuführrichtung zugeführt und über mehrere in der
Zuführrichtung nacheinander folgende Stationen zu der Rippe umgeformt.
[0057] Fig. 3 zeigt eine von mehreren, insgesamt vorliegend 18 Stationen einer entsprechenden
Walzvorrichtung. Gezeigt ist eine Draufsicht senkrecht zu der Zuführrichtung des Blechbands
bzw. der endlosen Rippe 1 auf zwei sich in der Draufsicht teilweise überlappende Prägescheiben
10,11. Das Blechband bzw. die Rippe 1 ist durch die vorhergehenden Stationen von Präge-
oder Umformscheiben bereits teilweise gefaltet, so dass mittels der dargestellten
und der nachfolgenden Stationen nunmehr sukzessive die Auslaschungen 3 in die geneigten
Wandflächen 1a eingebracht werden. Hierzu sind in seitlichen, radial äußeren Bereichen
der Prägescheiben 10, 11 jeweils Prägevorsprünge 10a, 11a vorgesehen, die mit den
geneigten Wandflächen 1a zusammenwirken und dort die gewünschten Strukturen einformen.
Bei den Strukturen handelt es sich vorliegend um die in den Ausführungsbeispielen
nach Fig. 1 und Fig. 2 beschriebenen, speziell geformten Auslaschungen 3, die auch
eine Durchbrechung der geneigten Wandfläche 1a umfassen.
[0058] Zum Vorgang der Prägung solcher stark hinterschneidender Strukturen mittels eines
Längswalzverfahrens gilt zumindest im Regelfall, dass die Einprägung der Strukturen
umso einfacher ist und in umso weniger Schritten erfolgen kann, je stärker die Wandfläche
1a gegenüber der Senkrechten der Rippenebene geneigt ist. Im Ausführungsbeispiel nach
Fig. 1 und Fig. 2 wurde ein solcher Winkel W3 als etwa 10° gewählt, was die Einbringung
der aufwendig geformten Auslaschungen ermöglicht. Je nach Anforderungen und Form und
Tiefe der Strukturen kann der Winkel auch bevorzugt zwischen 10° und 20°, insbesondere
zwischen 15° und 20° betragen. Dabei bedeutet ein größerer Winkel zumeist eine geringere
mechanische Steifigkeit senkrecht zur Rippenebene (z.B. Wirkung als Zuganker im Fall
einer Innenwellrippe eines Ladeluftkühlers) sowie eine stärkere geometrische Begrenzung
der maximalen Faltungsdichte der Rippe. Die Abwägung der Wandneigung zur Vereinfachung
des Herstellungsprozesses einerseits gegen die mechanischen Eigenschaften der Rippe
andererseits hängt von den Anforderungen im Einzelfall ab.
[0059] Nach dem Durchlaufen sämtlicher formgebender Stationen werden die Rippen durch Ablängen
auf die jeweils benötigte Länge fertig gestellt. Dabei können beliebig große Rippenlängen
gewählt werden, was im Fall einer Herstellung zum Beispiel mittels eines Querwalzverfahrens
aufgrund der hierzu erforderlichen Walzenbreite nicht möglich oder mit unverhältnismäßigen
Kosten verbunden wäre.
[0060] Es versteht sich, dass die einzelnen Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele
je nach Anforderungen sinnvoll miteinander kombiniert werden können.
1. Rippe für einen Wärmetauscher, umfassend
einen sich in einer Strömungsrichtung (A) eines ersten Fluids erstreckenden Rippenkörper
(1) mit einer beidseitig von dem ersten Fluid umströmten Wandfläche (1a),
wobei in der Wandfläche (1a) zumindest eine Auslaschung (3) vorgesehen ist, durch
die eine von dem ersten Fluid durchströmbare Durchbrechung (9) der Wandfläche (1a)
ausgebildet ist,
wobei eine erste Kante (5) der Auslaschung (3) zur Ausbildung der Durchbrechung (9)
beabstandet von der Wandfläche (1a) angeordnet ist,
wobei die Auslaschung (3) eine gegenüber der Wandfläche (1a) geneigte Laschenfläche
(4) aufweist, die mit der ersten Kante (5) abschließt,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Laschenfläche (4) mit der Wandfläche (1a) über zumindest eine gekrümmt verlaufende
Seitenwand (7) der Auslaschung (3) verbunden ist, die ausgehend von der ersten Kante
(5) eine der Neigung der Laschenfläche (4) entsprechend abnehmende Höhe aufweist.
2. Rippe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kante (5), zumindest eine endseitige Kante (7a) der zumindest einen Seitenwand
(7) und eine zweite Kante (6) der Wandfläche (1a) eine im Wesentlichen senkrecht zur
Strömungsrichtung (A) orientierte, von dem ersten Fluid durchströmbare Öffnung (9)
ausformen.
3. Rippe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (9) eine im Wesentlichen dreieckige Form hat.
4. Rippe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laschenfläche (4) über eine dritte Kante (8) mit der Wandfläche (1a) verbunden
ist.
5. Rippe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Laschenfläche (4) über die dritte Kante (8) zu der Wandfläche (1a) gewinkelt
ist, wobei der Winkel zwischen etwa acht Grad und etwa sechzehn Grad, insbesondere
etwa zwölf Grad, beträgt.
6. Rippe nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L) der dritten Kante (8) zwischen etwa dem Zweifachen und etwa dem Vierfachen,
insbesondere etwa dem Dreifachen einer Länge der ersten Kante (5) beträgt.
7. Rippe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Laschenfläche (4) ausgehend von der ersten Kante (5) in etwa die Parametrisierung
[0; 2,500], [0,805; 2,470], [1,610; 2,290], [2,420; 1,910], [3,220; 1,540], [4,030;
1,210], [4,840; 0,980], [5,640; 0,780], [6,440; 0,590], [7,240; 0,400], [8,050; 0,210]
aufweist, wobei der erste Wert jeweils den Abstand von der ersten Kante (5) in Strömungsrichtung
(A) angibt und der zweite Wert jeweils den Abstand der Seitenwand (7) von der dritten
Kante (8).
8. Rippe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Breite der Laschenfläche (4) mit zunehmendem Abstand von der ersten Kante
(5) verringert.
9. Rippe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung der zumindest einen Seitenwand (7) in ihrem Verlauf zumindest einen
Wendepunkt bezüglich der Krümmungsrichtung aufweist.
10. Rippe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Strömungsrichtung (A) die Neigung der Laschenfläche gegenüber der Wandfläche
(1a) zwischen etwa fünf Grad und etwa zehn Grad, insbesondere etwa sieben Grad beträgt.
11. Rippe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippe (1) in Strömungsrichtung mehrere Auslaschungen (3) nacheinander aufweist.
12. Rippe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der mehreren Auslaschungen (3) in umgekehrter Orientierung angeordnet
ist, wobei insbesondere eine Gesamtwirkung der Auslaschungen (3) auf den Fluidstrom
weitgehend unabhängig von dessen Richtung ist.
13. Rippe für einen Wärmetauscher, umfassend
einen sich in einer Strömungsrichtung (A) eines ersten Fluids erstreckenden Rippenkörper
(1) mit einer beidseitig von dem ersten Fluid umströmten Wandfläche (1a),
wobei in der Wandfläche (1a) zumindest eine Struktur (3) vorgesehen ist, durch die
eine Strömung des ersten Fluids beeinflussbar ist,
wobei der Rippenkörper sich in einer Ebene erstreckt,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Wandfläche (1a) gegenüber einer Senkrechten der Ebene in einem Winkel (W3) geneigt
ist, der zwischen etwa 2° und etwa 45° beträgt.
14. Wärmetauscher mit zumindest einer Rippe nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
15. Wärmetauscher nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher ein Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug ist, insbesondere ein Wärmetauscher
aus der Gruppe Kühlmittelkühler, Klimawärmeübertrager oder Ladeluftkühler.