DE102010001828A1

DE102010001828A1 - Stapelanordnung

Info

Publication number: DE102010001828A1
Application number: DE201010001828
Authority: DE
Inventors: Andreas 71296 Dränkow
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2010-02-11
Filing date: 2010-02-11
Publication date: 2011-08-11

Abstract

Stapelanordnung, insbesondere Stapelscheibenölkühler (1), mit von einer ersten Grundplatte (2, 2') getragenem Stapel (3, 3', 3'') von Scheiben, insbesondere wärmetragenden Scheiben, wobei neben einer ersten ebenen Grundplatte (2, 2') darüber eine zweite Grundplatte (7, 7', 7'') mit einer, von einem rahmenartigen Auflagerand (8) mit Auflage auf der ersten (2, 2') ungebenden Vertiefung vorgesehen ist und der Stapel (3, 3', 3'') bis zur tragenden rahmenseitigen Anlage in der Vertiefung eintaucht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stapelanordnung, insbesondere Stapelscheibenölkühler für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stapelscheibenölkühler oder Stapelscheibenwärmeübertrager sind aus dem Stand der Technik bekannt. Der Stapelscheibenwärmeübertrager, der häufig als Öl/Kühlmittelkühler bei Kraftfahrzeugen eingesetzt wird, besteht zumeist aus einer Vielzahl von gleich ausgebildeten Stapelscheiben (Tauscherscheiben), d. h. Platten mit einem umlaufenden, hochgestellten Rand und napfförmigen Ausprägungen und einer Grundplatte und gegebenenfalls einer Verstärkungsscheibe. Die Stapelscheiben werden zu einem Block oder Stapel aufgeschichtet und im Bereich der umlaufenden Ränder verlötet. Zur Ausbildung von senkrecht zu den Plattenebenen verlaufenden Sammel- und Verteilerkanälen werden die Stapelscheiben auch im Bereich der napfförmigen Ausprägungen miteinander verlötet. Dadurch werden Strömungskanäle für zwei Medien, also beispielsweise Öl und ein flüssiges Kühlmittel geschaffen.
Der Stapel des Wärmeübertragers wird nach oben in der Regel durch eine Abdeckscheibe abgeschlossen, welche eine größere Wandstärke als die Stapelscheiben aufweist. Eine kritische Stelle für die Druckwechselfestigkeit des Kühlers ist die Anbindung des Blockes bzw. der Verstärkungsscheibe an die Grundplatte. Durch die Druckwechselbeaufschlagung und der Verschraubung am Rand der Grundplatte kommt es zum „Atmen” bzw. Verformen der Grundplatte. Dies wiederum führt zu Spannungen in der Anbindung des Blockes bzw. der Verstärkungsscheibe an der Grundplatte. Diese Spannungen können durch steife und biegefeste Grundplatten verringert werden.
Als nachteilig hat sich jedoch erweisen, dass eine hohe Steifigkeit bzw. Biegefestigkeit der Grundplatte nur durch großen Materialeinsatz (beispielsweise dicke Bleche oder Platten und damit vergrößerte Bauhöhe) bzw. Materialien mit hoher Festigkeit (und damit vergleichsweise teuren und schweren Materialien) realisiert werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Stapelscheibenanordnung zu schaffen, die unter Einsparung von Material bei gleichbleibender bzw. gesteigerter Festigkeit eine reduzierte Bauhöhe aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Stapelanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass neben einer ersten ebenen Grundplatte darüber eine zweite Grundplatte mit einer, von einem rahmenartigen Auflagerand mit Auflage auf der ersten Grundplatte umgebenden Vertiefung vorgesehen ist, wobei der Stapel bis zur tragenden rahmenseitigen Anlage in der Vertiefung eintaucht. Dies bedeutet, dass trotz Vorsehen einer zweiten Grundplatte, die gesamte Bauhöhe der Stapelanordnung im Wesentlichen um die Materialstärke der zweiten Grundplatte reduziert werden kann, da die Stapelanordnung zumindest bereichsweise in die Vertiefung der zweiten Grundplatte eintaucht. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch das Vorsehen der zweiten Grundplatte eine Materialdickenreduzierung der ersten Grundplatte realisiert werden kann. Beispielsweise ist die erste Grundplatte zwischen 1 mm und 6 mm und die zweite Grundplatte zwischen 1 mm und 4 mm stark.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Vertiefung als axial durchgehende Öffnung ausgebildet sein kann. Beispielsweise kann die durchgehende Öffnung im Stanzverfahren hergestellt sein. Dies hat den Vorteil, dass die zweite Grundplatte bzw. die durchgehende Öffnung mit einem geringen konstruktiven Aufwand und geringen Kosten hergestellt werden kann. Beispielsweise können die erste und zweite Grundplatte im Gesamten als Stanzteil ausgeführt sein.
Beispielsweise kann die zweite Grundplatte mit öffnungsseitigen Schnittkanten im Sinne einer linienförmigen Verlötung mit dem Stapel ausgebildet sein. Dies bedeutet, dass die unterste Stapelscheibe (oder ein Verstärkungselement), welche beispielsweise schräge Flanken aufweist, die durchgehende Öffnung, welche beispielsweise senkrechte Schnittkanten aufweist nur linienförmig kontaktiert, wobei die unterste Stapelscheibe im Bereich dieses Linienverlaufs verlötet werden kann. Die durchgehende Öffnung bzw. Schnittkante der zweiten Grundplatte ist so ausgeführt, dass eine umlaufende Verlötung mit dem Bord der untersten Stapelscheibe ermöglicht werden kann wodurch ein Aufweiten bzw. Verformen der untersten Stapelscheibe verhindert werden kann. Dadurch kann die kritische Stelle für eine Druckwechselbeanspruchung von der Verlötung der Verstärkungsscheibe bzw. des Blockes mit der Grundplatte an steifere bzw. festere Stellen verlagert werden, was zu einer Festigkeitssteigerung im Gesamten führt.
Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass die zweite Grundplatte mit öffnungsseitigen Flanken im Sinne einer flächigen Verlötung über zumindest eine Teilhöhe der zweiten Grundplatte ausgebildet sein kann. Dies bedeutet, dass sowohl die unterste Stapelscheibe (oder ein Verstärkungselement) als auch die Schnittkante der durchgehenden Öffnung im Wesentlichen kongruente Flanken aufweisen. Mit anderen Worten ist die Flanke der Schnittkante so ausgeformt, dass der Winkelwert (Flanke zur Waagerechten) der Schnittkante den gleichen Wert aufweist, wie der Winkelwert des Bordes der untersten Stapelscheibe zur Waagerechten. Dies führt zu einer flächigen Verlötung zwischen zweiter Grundplatte und dem Bord der untersten Stapelscheibe (bzw. eines Verstärkungselements). Dabei kann die Flanke über die komplette Höhe der Schnittkante verlaufen oder nur bis oder ab einer gewissen Höhe vorgesehen sein.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass auf der zweiten Grundplatte eine zusätzliche, grundsätzlich baugleiche, Verstärkungsscheibe aufliegt.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Gesamtbelastbarkeit der ebenen ersten, insbesondere von Ausstanzungen freien, Grundplatte und die der zusätzlichen, mit der Ausstanzung versehenen zweiten Grundplatte etwa gleich groß sein kann.
Beispielsweise können die erste Grundplatte und die zweite, rahmenartige Grundplatte stoffschlüssig beispielsweise durch eine einseitige Lötplattierung bzw. zwischengelegte Lötfolie miteinander verbunden sein. Bevorzugt wird also die Liquidustemperatur der Grundwerkstoffe nicht erreicht. Je nach Material oder Auslegung der ersten und zweiten Grundplatte sind jedoch auch weitere Befestigungsmethoden wie Kleben oder Schweißen denkbar.
Ferner kann vorgesehen sein, an der zweiten Grundplatte eine Erhöhung der Wandstärke im Bereich des anliegenden Bordes der untersten Stapelscheibe vorzusehen, was bedeutet, dass das Vorsehen einer Verstärkungsscheibe entfallen kann, da diese Verstärkungsfunktion folglich von der rahmenartigen zweiten Grundplatte übernommen werden kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Stapelscheiben topförmig ausgebildet, wobei zumindest die unterste Stapelscheibe eines jeden Stapels oder Blockes und mit ihrem unteren Bodenbereich in die Vertiefung der zweiten Grundplatte eintauchen kann.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Es zeigen:
1 die räumliche Explosionsdarstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stapelanordnung;
2 die schematische Seitendarstellung der Stapelanordnung aus 1;
3 die schematische Darstellung der ersten und zweiten Grundplatte aus 1;
4 die vergrößerte Detailansicht des Verbindungsbereichs aus 2;
5 eine Detailansicht eines Verbindungsbereichs zweiter Ausführungsform;
6 eine Detailansicht eines Verbindungsbereichs dritter Ausführungsform.
1 zeigt einen Stapelscheibenölkühler 1, welcher einen von einer ersten ebenen Grundplatte 2 getragenen Stapel 3 von einzelnen Tauscherscheiben, zwischen denen jeweils Strömungskanäle für zwei voneinander getrennte Fluide, vorliegend Motoröl und Kühlwasser vorgesehen sind, umfasst. Die Tauscherscheiben haben jeweils einen außen umlaufen Rand 4, der für sämtliche Scheiben in die gleiche Richtung schräg nach oben gerichtet aufgebogen ist, so dass bei Stapelung der Scheiben die aufgebogenen Ränder 4 umlaufend aneinander anliegen.
Die Tauscherscheiben haben jeweils Durchbrechungen 5, 6, die miteinander fluchten und im Wechsel paarweise an Umrandungen miteinander verlötet sind. Hierdurch werden über die Stapel- oder Höhenrichtung des Stapelscheibenölkühlers 1 Hauptkanäle ausgeformt, über die das Öl und das Kühlwasser zunächst eintrittsseitig einströmen, dann auf die Strömungswege zwischen den Tauscherplatten verteilt und dann austrittsseitig gesammelt werden.
Die Hauptkanäle können an ihrem dem jeweiligen Anschluss gegenüberliegenden Ende durch eine den Stapel 3 aus Tauscherscheiben nach oben abschließende, hier nicht dargestellte, Abdeckplatte verschlossen werden.
Neben der ersten ebenen Grundplatte 2 ist eine zweite Grundplatte 7, mit einer, von einem rahmenartigen Auflagerand 8 mit Auflage auf der ersten Grundplatte 2 umgebenden, und eine Schnittkante 9 bildende, durchgehenden Öffnung 10 vorgesehen. Sowohl die erste Grundplatte 2 als auch die zweite Grundplatte 7 sind hierbei als Stanzteil ausgebildet.
2 zeigt die schematische Seitendarstellung des Stapelscheibenölkühlers 1 gem. 1 in montiertem Zustand. Deutlich zu erkennen ist, dass der Stapel 3 zumindest bereichsweise in die durchgehende Öffnung 10 der zweiten Grundplatte 7 eintaucht. Die erste Grundplatte 2 und die zweite Grundplatte 7 können stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Der Stapel 3 kann auf der Oberseite 11 der ersten Grundplatte 2 aufliegen bzw. durch Auflage des Bordes 12 der untersten Tauscherscheibe 13 an der Schnittkante 9 der Öffnung 10 zumindest geringfügig zu dieser beabstandet sein.
3 zeigt die erste Grundplatte 2 und die zweite Grundplatte 7 in Einzeldarstellung. Gut zu erkennen ist die durchgehende Öffnung 10 in der zweiten Grundplatte 7 und die dadurch ausgebildete senkrecht verlaufende Schnittkante 9.
4 zeigt die vergrößerte Detailansicht des Verbindungsbereichs aus 2. Der Stapel 3 taucht in die Öffnung 10 der zweiten Grundplatte 7 ein und liegt auf der Oberseite 11 der ersten Grundplatte 2 auf.
Ferner stützt sich die Borde 12 der untersten Tauscherscheibe 13 an der Schnittkante 9 der Öffnung 10 ab. In den Verbindungsbereichen 14, 15 sind Lotmenisken (können umlaufend vorgesehen sein) 16, 17 ausgebildet, die den Stapel 3 an der ersten Grundplatte 2 und an der zweiten Grundplatte 7 fixieren.
Die Schnittkante 9 verläuft senkrecht zur waagerechten Ausrichtung der Grundplatten 2 und 7. Durch die senkrechte Ausrichtung der Schnittkante 9 wird eine im Wesentlichen linienförmige Verlötung bzw. ein linienförmiger Kontaktbereich zwischen Oberkante Schnittkante 9 und der Tauschersscheibe 13 erreicht. Die Öffnung 10 ist so ausgebildet, dass sie umlaufend mit dem Bord 12 der untersten Tauscherscheibe 13 verlötet werden kann und somit ein Aufweiten der untersten Tauscherscheibe 13 verhindert. Dadurch wird die kritische Stelle K1 der Druckwechselbeanspruchung D von der Verlötungsstelle Stapel 3 mit Grundplatte 2 an eine steifere/festere Stelle K2 verlagert, was zu einer Festigkeitssteigerung im Gesamten führt.
5 zeigt eine Detailansicht eines Verbindungsbereichs zweiter Ausführungsform. Der Stapel 3' besteht ebenfalls aus mehreren einzelnen Tauscherscheiben, wobei die unterste Tauscherscheibe 13' einen schrägen Flankenverlauf β der Borde 12' aufweist (identisch zu 4). Anders als bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die durchgehende Öffnung 10' eine zur Borde 12' kongruente Schnittkante 9' mit gleichem Flankenverlauf α auf.
Die Flanke α der Schnittkante 9' verläuft über die gesamte Höhe h der zweiten Grundplatte 7'. Mit dieser Ausgestaltung wird im Wesentlichen die Ausbildung einer flächigen Verlötung zwischen Borde/Tauscherscheibe/Stapel und zweiter Grundplatte realisiert.
6 zeigt eine Detailansicht eines Verbindungsbereichs dritter Ausführungsform. Der Stapel 3'' besteht aus mehreren einzelnen Tauscherscheiben, wobei die Schnittkante 9'' zunächst einen senkrechten Schnittverlauf S aufweist und einen sich daran anschließenden oberen schrägen Flankenverlauf α' aufweist Der Flankenverlauf α' verläuft kongruent zum schrägen Flankenverlauf β' der Borde 12'' der untersten Tauscherscheibe 13''. Mit anderen Worten verläuft die Flanke α' lediglich über eine Teilhöhe t der Gesamthöhe h' der zweiten Grundplatte 7''.

Claims

Stapelanordnung, insbesondere Stapelscheibenölkühler (1), mit von einer ersten Grundplatte (2, 2') getragenem Stapel (3, 3', 3'') von Scheiben, insbesondere wärmetragenden Scheiben, dadurch gekennzeichnet, dass neben einer ersten ebenen Grundplatte (2, 2') darüber eine zweite Grundplatte (7, 7', 7'') mit einer, von einem rahmenartigen Auflagerand (8) mit Auflage auf der ersten Grundplatte (2, 2') umgebenden Vertiefung vorgesehen ist und der Stapel (3, 3', 3'') bis zur tragenden rahmenseitigen Anlage in der Vertiefung eintaucht.
Stapelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung als axial durchgehende Öffnung (10, 10') ausgebildet ist.
Stapelanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die durchgehende Öffnung (10, 10') aus der zweiten Grundplatte freigestanzt ist.
Stapelanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Grundplatte (7, 7', 7'') mit öffnungsseitigen Schnittkanten (9) im Sinne einer linienförmigen Verlötung mit dem Stapel (3) ausgebildet ist.
Stapelanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Grundplatte (7, 7', 7'') mit öffnungsseitigen Flanken (α, α') im Sinne einer flächigen Verlötung über zumindest eine Teilhöhe (t) der zweiten Grundplatte (7, 7', 7'') ausgebildet ist.
Stapelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf der zweiten Grundplatte (7, 7', 7'') eine zusätzlich, grundsätzlich baugleiche, Verstärkungsscheibe aufliegt.
Stapelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtbelastbarkeit der ebenen ersten, insbesondere von Ausstanzungen freien, Grundplatte (2, 2') und die der zusätzlichen, mit der Ausstanzung versehenen zweiten Grundplatte (7, 7', 7'') etwa gleich groß ist.
Stapelanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Grundplatte (2, 2') bzw. die zweite, rahmenartige Grundplatte (7, 7', 7'') durch einseitige Lötplattierung bzw. zwischengelegte Lötfolie miteinander verbunden sind.
Stapelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Grundplatte (7, 7', 7''), im Bereich eines Bordes (12, 12', 12'') der untersten Stapelscheibe (13, 13', 13'') eine erhöhte Wandstärke aufweist.
Stapelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stapelscheiben topfförmig ausgebildet sind und mit ihrem unteren Bodenbereich in die Vertiefung der zweiten Grundplatte (7, 7', 7'') eingreifen.