DE102007011762B4

DE102007011762B4 - Wärmetauscher, insbesondere Ölkühler für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102007011762B4
Application number: DE102007011762.2A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Thumm Sven; Dipl.-Ing. Glück Rainer; Christine Vohl; Dipl.-Ing. Schäffer Ulrich
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2007-03-10
Filing date: 2007-03-10
Publication date: 2015-12-10
Anticipated expiration: 2027-03-11
Also published as: DE102007011762A1; US20080216987A1

Abstract

Wärmetauscher, insbesondere Ölkühler für Kraftfahrzeuge, aufgebaut aus ineinander gestapelten, wannenförmigen Wärmetauscherplatten (10) und aus Turbulenzeinlagen (5), mit zwei Öffnungen (31) für das eine Medium und zwei weiteren Öffnungen (21) für das andere Medium, zur Bildung von Sammelkanälen (30, 20) für die Zu- und Ableitung der Medien, wobei zwischen den Wärmetauscherplatten (10) Strömungskanäle (8 und 9) für die Medien ausgebildet sind, die mit den zugeordneten Sammelkanälen (30, 20) in Verbindung stehen, sowie aus einer oberen Abschlussplatte (12), welche im Bereich der Sammelkanäle (30) Auswölbungen (6) besitzt, und aus einer mit Löchern (2, 3) versehenen Zwischenplatte (11) dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenplatte (11) zwischen der Abschlussplatte (12) und der obersten Wärmetauscherplatte (10) angeordnet ist, und dass das eine der Löcher (2) als Druckausgleichsöffnung mit der nach oben gerichteten Auswölbung (6) in der Abschlussplatte zusammenwirkt, wobei ein Durchmesser (D) des Loches (2) im Zwischenblech (11) wesentlich kleiner ist als ein Durchmesser des Sammelkanals (30).

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 103 49 141 A1 ist ein Plattenwärmetauscher aus ineinander gestapelten, wannenförmigen Wärmetauscherplatten bekannt, der dem Oberbegriff entspricht. Diese Art von Wärmetauscher wird in einem Fahrzeug als Ölkühler verwendet. In der Veröffentlichung wird eine Lösung vorgeschlagen, die Innendrücken von 6 bis 10 bar standhalten kann. Das wird dort dadurch erreicht, dass zwischen der Abschlussplatte und der letzten, obersten Turbulenzeinlage ein Zwischenblech als Zuganker eingelegt und mitverlötet wird. Dieses Zwischenblech besitzt dasselbe Lochbild wie die mit ihm verlötete Turbulenzeinlage. Das dort vorgeschlagene Konstruktionsprinzip hat den Nachteil, dass bei noch höheren Innendrücken Defekte auftreten können, da die Turbulenzbleche gewöhnlich aus Blechen sehr geringer Wanddicke hergestellt werden, die in ihrer Widerstandsfähigkeit gegen extreme Innendrücke beschränkt sind. Die bekannte Abschlussplatte weist im Bereich der Sammelkanäle Auswölbungen auf, die im Wesentlichen nach innen gerichtet sind.
Aus dem EP 742 418 A2 ist es bekannt, in der Abschlussplatte eine nach oben gerichtete Auswölbung im Bereich eines Sammelkanals auszubilden.
Die WO 2007/022 807 A1 beschreibt einen Plattenwärmetauscher. Dessen Zwischenplatte wird dort als Grundplatte 42 bezeichnet. Auf der Grundplatte 44 liegt eine als Haube 44 bezeichnete weitere Platte. In der Haube 44 wurde eine sich über einen großen Teil der Länge erstreckende Auswölbung ausgebildet, die als Umgehungskanal 36 dient, der zwischen der Haube und der Grundplatte 42 verläuft (siehe 1, 3 und 4 dieser Referenz mit den genannten Bezugszeichen).
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Widerstandsfähigkeit des Wärmetauschers gegen Innendruck weiter zu verbessern.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabenstellung ergibt sich bei dem gattungsgemäßen Wärmetauscher, durch dessen Weiterbildung entweder gemäß den Merkmalen aus dem Kennzeichen des Anspruchs 1 oder gemäß den Merkmalen aus dem Kennzeichen des Anspruchs 10.
Weil die Zwischenplatte zwischen der Abschlussplatte und der obersten Wärmetauscherplatte angeordnet ist, und weil wenigstens eines der Löcher darin als Druckausgleichsöffnung mit der nach oben gerichteten Auswölbung in der Abschlussplatte zusammenwirkt, ist der Wärmetauscher jetzt auch für Innendrücke geeignet, die deutlich über 10 bar hinausgehen. Die Druckausgleichsöffnung gestattet beispielsweise dem Öl, in den Raum zwischen der Auswölbung und der Zwischenplatte einzutreten und dort eine Kraft zu entfalten, die der Kraft, die zwischen der Wärmetauscherplatte und der Zwischenplatte wirkt, entgegengerichtet ist. Es wird somit eine gewisse Entlastung erreicht.
Eine Entlastung wird erfindungsgemäß auch dadurch erreicht, dass die Abschlussplatte durch eine die Auswölbung aufweisende Verschlussscheibe ersetzt ist, die mit der Zwischenplatte verbunden ist, wobei der Durchmesser der Auswölbung größer ist als der Durchmesser des Sammelkanals, wobei die Zwischenplatte an der obersten Wärmetauscherplatte angeordnet ist. Der alternative Lösungsvorschlag verzichtet also komplett auf die Abschlussplatte und setzt lediglich eine Verschlussscheibe ein, die etwas größer ist als der Kanal, den sie verschließt. Die Größe des Durchmessers der Druckausgleichsöffnung D liegt im Bereich von 1 mm bis 10 mm, vorzugsweise im Bereich von 1 mm bis 2 mm. Die Abschlussplatte und die Zwischenplatte können unterschiedliche Dicken a und z aufweisen. Diese Werte liegen für die Dicke a im Bereich von 1 mm bis 3 mm und für die Dicke z im Bereich von 1 mm bis 2 mm. Die Auswölbungen in der Abschlussplatte weisen einen größeren Durchmesser auf als die Sammelkanäle der Medien. Eine Alternative oder eine ergänzende Möglichkeit, die Innendruckstabilität zu erhöhen, besteht darin, das vorletzte Turbulenzblech, das im Strömungskanal des einen Mediums liegt, so auszugestalten, dass es keine Öffnung wie die anderen Turbulenzbleche aufweist. Ein vorzugsweise kleines Loch kann im Bereich des Sammelkanals allerdings im Turbulenzblech vorhanden sein, das die Funktion als Druckausgleichsöffnung besitzt. Die unterste Wärmetauscherplatte ist aus einem dickeren Blech als die anderen Wärmetauscherplatten gebildet. Eine Befestigungsplatte ist mindestens zweiteilig ausgebildet.
Die Erfindung wird nun in verschiedenen Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen kurz beschrieben.
Die 1 zeigt einen Schnitt durch den gesamten Wärmetauscher.
Die 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus 1.
Die 3 zeigt einen Schnitt durch einen alternativen Wärmetauscher.
Die 4 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus 3.
Die 5 zeigt eine Draufsicht auf die Zwischenplatte.
Die 6 zeigt einen zweiten Lösungsvorschlag
Anhand der 1 und 3 wird der grundlegende Aufbau dieses Wärmetauschers beschrieben. Es handelt sich um einen Plattenwärmetauscher, insbesondere einen Ölkühler 1. Dieser ist aus ineinander gestapelten, wannenförmigen Wärmetauscherplatten 10 aufgebaut, die mit ihren Rändern 100 aneinander anliegen. Zwischen je zwei Wärmetauscherplatten 10 bilden sich immer abwechselnd Strömungskanäle 8 und 9 für die beiden Medien, für Öl 8 und für das Kühlmittel 9. Die Wärmetauscherplatten 10 sind identisch und werden, um den Wärmetauscher zu bilden, um 180° gedreht aufeinander gestapelt. In den Wärmetauscherplatten 10 sind kreisförmige Öffnungen 21, 31 vorhanden. Die Öffnungen 21, 31 sind mit auskragenden Rändern 101, 102 versehen. Die auskragenden Ränder 101, 102 liegen aneinander an und definieren dadurch die Sammelkanäle 20 und 30 für die beiden Medien, die mit den zugeordneten Strömungskanälen 8 bzw. 9 hydraulisch verbunden sind. In den Strömungskanälen 8, 9 zwischen zwei Wärmetauscherplatten 10 sind Turbulenzeinlagen 5 angeordnet. Es könnten in den Strömungskanälen 8 und 9 auch andere turbulenzerzeugende Mittel eingesetzt werden, wie z. B. Noppen, Sicken oder ähnliches, was hier nicht gezeigt ist. Die unterste Wärmetauscherplatte 13 wird aus einem dickeren Blech von ca. 2 bis 5 mm Stärke hergestellt. Dadurch erreicht man, dass der Wärmetauscher 1 stabiler bei hohen Innendrücken und auftretenden Vibrationen ist.
Die zwei Ausführungsbeispiele zeigen eine Befestigungsplatte 14 (a + b), die zweiteilig ausgebildet ist, aber auch einteilig oder dreiteilig sein kann. In dieser Befestigungsplatte 14 befinden sich Eintritts- bzw. Austrittsöffnungen 25, 35 für die beiden Medien, die in diesem Fall durch die Befestigungsplatte 14 hindurch in den Wärmetauscher 1 hinein und wieder heraus geleitet werden. Alternativ können auch an der oberen Abschlussplatte 12 die Anschlussstutzen für die beiden Medien ausgebildet sein (nicht gezeigt). Idealerweise verlötet der Rand der Abschlussplatte 12 mit dem Rand 100 der obersten Wärmetauscherplatte 10. Zu diesem Zweck, kann der Rand durch Umbiegen oder durch Abschrägen/Anfasen erzeugt werden, sodass er etwa formschlüssig zu dem Rand 100 der obersten Wärmetauscherplatte 10 ist.
In den 1 und 2 ist die erste Ausführungsform zu sehen. Es wird eine zusätzliche Zwischenplatte 11 zwischen die oberste Wärmetauscherplatte 10 und die Abschlussplatte 12 gelegt. Beim Löten verbindet sich diese dann mit den benachbarten Platten. Die Abschlussplatte 12 schließt die vier Sammelkanäle 20 und 30 beider Medien dicht ab. Über den Sammelkanälen 30, die das eine Medium, Öl, sammeln, sind in der Abschlussplatte 12 mindestens eine Auswölbung 6 nach oben bzw. nach außen ausgebildet. In der darunter liegenden Zwischenplatte 11 befindet sich oberhalb von den Sammelkanälen 20 des anderen Mediums jeweils ein Loch 3, das groß genug ist, um den auskragenden Rand 101 der Öffnung 21 der obersten Wärmetauscherplatte 10 aufzunehmen.
Über den Sammelkanälen 30 des einen Mediums befindet sich in der Zwischenplatte 11 ein anderes Loch 2, dessen Durchmesser D kleiner oder gleich dem Durchmesser d der Sammelkanäle 30 ist. Idealerweise liegt der Durchmesser D im Bereich von 1 bis 10 mm, wobei jedoch ein sehr kleines Loch 2 ausreicht, das beim Löten nicht zugeht. Durch diese Anordnung erreicht man, dass die Kräfte, die der Innendruck des Öls auf die Abschlussplatte 12 ausübt, besser verteilt werden. Die angreifenden Spannungen werden über die Zwischenplatte 11 nach außen in den Bereich außerhalb der Sammelkanäle 30 geleitet. Insbesondere wird die oberste Turbulenzeinlage 5 geschont. Denn bei diesen hohen Innendrücken im Bereich von 10 bis 15 bar oder mehr, würde ohne die Zwischenplatte 11 die oberste Turbulenzeinlage 5 durch die auftretenden Spannungen aufgerissen. Zudem sorgt die Form der Auswölbungen 6 in der Abschlussplatte 12 dafür, dass die auftretenden Kräfte besser nach außen abgeleitet werden. Deshalb ist der Durchmesser AP der Auswölbung 6 größer als der Durchmesser d der Sammelkanäle 30.
In der 5 ist eine Draufsicht auf die Zwischenplatte 11 zu sehen. Es handelt sich um eine vereinfachte Skizze. Man sieht einen Randbereich mit den Löchern 2 und 3.
Deutlich ist erkennbar, dass idealerweise der Durchmesser D des Loches 2 in der Zwischenplatte 11 wesentlich kleiner ist als der Durchmesser d des Sammelkanals 30. Insbesondere die Form des Loches 2 in der Zwischenplatte 11 kann beliebig gewählt werden, vorzugsweise ist sie aber kreisförmig oder oval.
In den 3 und 4 ist eine ergänzende oder eine alternative Möglichkeit aufgezeigt, wie der Wärmetauscher 1 noch stabiler gegen hohe Innendrücke des einen Mediums Öl werden kann. Hier wird die nach oben vorletzte Turbulenzeinlage 5 im Bereich 50 der Sammelkanäle 30 verändert. Und zwar dergestalt, dass diese Turbulenzeinlage 5 im Bereich 50 der Sammelkanäle 30 nicht mit einer Öffnung 31 versehen, sondern durchgehend ausgebildet ist. Solche Turbulenzeinlagen 5 sind bekanntlich wellenartige Bleche, in deren Wellen Einschnitte oder dergleichen vorhanden sind, die es ermöglichen, dass das Medium dort hindurch strömen kann (nicht gezeigt). Diese Maßnahme trägt dazu bei, die Kräfte noch etwas besser auf die verschiedenen Wärmetauscherplatten 10 und Turbulenzeinlagen 5 zu verteilen. Die Turbulenzeinlage 5 kann im Bereich 50 des Sammelkanals 30 allerdings mit einer Druckausgleichsöffnung versehen sein.
Die 6 zeigt einen Wärmetauscher, der keine Abschlussplatte 12 besitzt sondern an deren Stelle lediglich eine kreisförmige Verschlussscheibe 60, die auf der Zwischenplatte 11 liegt und damit verlötet wird. Die Verschlussscheibe 60 ist im Durchmesser etwas größer als der Sammelkanal 30. Sie besitzt eine Auswölbung 6, deren Durchmesser ebenfalls größer ist als der Sammelkanal und im Zentrum der Auswölbung 6 eine nach innen gerichtete Wölbung 61. Auch hier liegt die Zwischenplatte 11 auf der obersten Wärmetauscherplatte 10. Da die Zwischenplatte 11 dünner ist als eine Abschlussplatte wird das Gewicht des Wärmetauschers reduziert. Die Dicke der Verschlussscheibe 60 kann der Dicke der Zwischenplatte 11 entsprechen, da die Auswölbung 6 für Steifigkeit sorgt.

Claims

Wärmetauscher, insbesondere Ölkühler für Kraftfahrzeuge, aufgebaut aus ineinander gestapelten, wannenförmigen Wärmetauscherplatten (10) und aus Turbulenzeinlagen (5), mit zwei Öffnungen (31) für das eine Medium und zwei weiteren Öffnungen (21) für das andere Medium, zur Bildung von Sammelkanälen (30, 20) für die Zu- und Ableitung der Medien, wobei zwischen den Wärmetauscherplatten (10) Strömungskanäle (8 und 9) für die Medien ausgebildet sind, die mit den zugeordneten Sammelkanälen (30, 20) in Verbindung stehen, sowie aus einer oberen Abschlussplatte (12), welche im Bereich der Sammelkanäle (30) Auswölbungen (6) besitzt, und aus einer mit Löchern (2, 3) versehenen Zwischenplatte (11) dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenplatte (11) zwischen der Abschlussplatte (12) und der obersten Wärmetauscherplatte (10) angeordnet ist, und dass das eine der Löcher (2) als Druckausgleichsöffnung mit der nach oben gerichteten Auswölbung (6) in der Abschlussplatte zusammenwirkt, wobei ein Durchmesser (D) des Loches (2) im Zwischenblech (11) wesentlich kleiner ist als ein Durchmesser des Sammelkanals (30).
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nach oben gerichteten Auswölbungen (6) der Abschlussplatte (12) einen kalottenartigen Verlauf nehmen.
Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die nach oben gerichteten Auswölbungen (6) der Abschlussplatte (12) einen größeren Durchmesser (AP) aufweisen, als die Sammelkanäle (30).
Wärmetauscher gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlussplatte (12) und die Zwischenplatte (11) unterschiedliche Dicken (a) und (z) aufweisen.
Wärmetauscher gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (a) der Abschlussplatte (12) im Bereich von 1 mm bis 3 mm und die Dicke (z) der Zwischenplatte (11) im Bereich von 1 mm bis 2 mm ist.
Wärmetauscher gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Turbulenzeinlagen (5) im Bereich (50) des Sammelkanals (30), in dem sich die Druckausgleichsöffnung befindet, ohne Öffnung (31) ausgebildet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbulenzeinlage (5) wenigstens eine Druckausgleichsöffnung aufweisen kann.
Wärmetauscher gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die unterste Wärmetauscherplatte (13) aus einem dickeren Blech als die anderen Wärmetauscherplatten (10) gebildet ist.
Wärmetauscher gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Befestigungsplatte (14) mindestens zweiteilig ausgebildet ist.
Wärmetauscher, insbesondere Ölkühler für Kraftfahrzeuge, aufgebaut aus ineinander gestapelten, wannenförmigen Wärmetauscherplatten (10) und aus Turbulenzeinlagen (5), mit zwei Öffnungen (31) für das eine Medium und zwei weiteren Öffnungen (21) für das andere Medium, zur Bildung von Sammelkanälen (30, 20) für die Zu- und Ableitung der Medien, wobei zwischen den Wärmetauscherplatten (10) Strömungskanäle (8 und 9) für die Medien ausgebildet sind, die mit den zugeordneten Sammelkanälen (30, 20) in Verbindung stehen, sowie aus einer oberen Abschlussplatte (12), welche im Bereich der Sammelkanäle (30) Auswölbungen (6) besitzt, und aus einer mit Löchern (2, 3) versehenen Zwischenplatte (11), dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlussplatte (12) durch eine die Auswölbung (6) aufweisende Verschlussscheibe (60) ersetzt ist, die mit der Zwischenplatte (11) verbunden ist, wobei der Durchmesser der Auswölbung (6) größer ist als der Durchmesser des Sammelkanals (30), wobei die Zwischenplatte (11) an der obersten Wärmetauscherplatte (10) angeordnet ist, und wobei im Zentrum der Auswölbung (6) eine nach innen gerichtete Wölbung (61) vorgesehen ist.