DE102012008700A1

DE102012008700A1 - Wärmetauscher mit einem Kühlerblock und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102012008700A1
Application number: DE102012008700A
Authority: DE
Inventors: Eugen Auerbach; Thomas Eckert; Rainer Glück; Thomas Peskos; Wolfgang Schatz-Knecht
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2012-04-28
Filing date: 2012-04-28
Publication date: 2013-10-31
Also published as: IN2014DN09794A; BR112014026927A2; WO2013162822A1; CN104395683B; CN104395683A; US20150129183A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, zum Beispiel einen indirekten Luftkühler, bei dem die Luft, beispielsweise komprimierte Ladeluft (LL) eines Verbrennungsmotors, beispielsweise mittels Flüssigkeit in wenigstens zwei unmittelbar aneinander angrenzenden Stufen (A, B) gekühlt wird, die in einem Kühlerblock (1) ausgebildet sind, der in einem Gehäuse (2) angeordnet ist, wobei für die beispielsweise Flüssigkeit Flusspfade (10) und für die beispielsweise Ladeluft Strömungskanäle (20) in dem Kühlerblock (1) angeordnet sind, wobei die Ladeluft in das Gehäuse (2) eintritt und die Strömungskanäle (20) der mindestens zwei Stufen (A, B) nacheinander durchströmt. Ein einfacher herstellbarer Wärmetauscher wird gemäß der Erfindung dadurch bereitgestellt, dass der Kühlerblock (1) mit den Flusspfaden (10) und den Strömungskanälen (20) in den wenigstens zwei Stufen (A, B) durch einen einzigen Stapel (3) aus einteiligen Platten (30) gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, zum Beispiel einen indirekten Luftkühler, bei dem die Luft, beispielsweise komprimierte Ladeluft eines Verbrennungsmotors, beispielsweise mittels Flüssigkeit in wenigstens zwei unmittelbar aneinander angrenzenden Stufen gekühlt wird, die in einem Kühlerblock ausgebildet sind, der in einem Gehäuse angeordnet ist, wobei für die beispielsweise Flüssigkeit Flusspfade und für die beispielsweise Luft Strömungskanäle in dem Kühlerblock angeordnet sind, wobei die Luft in das Gehäuse eintritt und die Strömungskanäle der mindestens zwei Stufen nacheinander durchströmt.
Ladeluftkühler, die in Kraftfahrzeugen eingebaut sind und zur Kühlung der Ladeluft mittels einer Kühlflüssigkeit dienen, werden oft als indirekte Luftkühler bezeichnet, im Unterschied zu direkten Luftkühlern, von denen man dann spricht, wenn die beispielsweise Ladeluft mit Umgebungsluft gekühlt wird, die mittels eines Ventilators durch den Kühler befördert wird.
Die verwendete Kühlflüssigkeit wird direkt mittels Kühlluft gekühlt und dann zur Motorkühlung sowie für andere Kühlzwecke, neuerdings auch verstärkt zur (indirekten) Ladeluftkühlung, herangezogen.
Eine Kühlung der Ladeluft auf ein niedrigeres Temperaturniveau wird mittels einer mehrstufigen indirekten Kühlung erreicht. In der GB 2 057 564 A wird eine zweistufige Ladeluftkühlung vorgeschlagen, wobei die Kühlflüssigkeit in der einen Stufe aus dem Kühlflüssigkeitskreislauf entnommen wird, der zur Kühlung des Verbrennungsmotors vorgesehen ist. Für die andere Stufe wird eine weiter abgekühlte Kühlflüssigkeit verwendet, die aus einem separaten Kühlflüssigkeitskreislauf stammt. Um die zwei Stufen zu realisieren sind in dieser Referenz zwei Wärmetauscher vorgesehen, die unmittelbar aneinander angrenzend angeordnet sind und die nacheinander von der Ladeluft durchströmt werden. Über die konstruktive Ausbildung der Wärmetauscher wird in dieser Referenz nicht näher informiert.
Im EP 2 412 950 A1 (1–5 und Beschreibung, Absätze 0018 und 0019) werden zur Realisierung der Stufen ebenfalls zwei Wärmetauscher vorgesehen, die nacheinander montiert und dann zu einer integrierten Einheit zusammengesetzt werden, die gelötet wird. Zum Löten muss die Einheit mit Hilfsvorrichtungen fixiert werden, was nachteilig sein kann. Die Einheit weist recht voluminöse und mit Rohrböden verbundene Sammelkästen für die Kühlflüssigkeit auf, weshalb sie viel Bauraum beansprucht. Die gelötete Einheit wird in ein Gehäuse eingesetzt, in das die Ladeluft ein – strömt und nach Durchströmung der Strömungskanäle der Wärmetauscher wieder ausströmt. Diese Referenz entspricht dem einleitend aufgeführten Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in erster Linie darin, Wärmetauscher mit einfacheren, das heißt mit herstellungsfreundlichen konstruktiven Merkmalen auszubilden. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabenstellung erfolgt mit einem Wärmetauscher, der die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.
Auch ein Wärmetauscher gemäß Patentanspruch 21 erfüllt diese Aufgabenstellung. Ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren des Wärmetauschers mit einem Kühlerblock weist die Schritte gemäß Patentanspruch 22 auf.
Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Wärmetauschers gemäß Patentanspruch 1 besteht darin, dass der Kühlerblock mit den Flusspfaden und den Strömungskanälen in den wenigstens zwei Stufen durch einen einzigen Stapel aus Platten gebildet ist.
Einen einzigen Stapel aus Platten vorzusehen, verbessert und vereinfacht die Herstellbarkeit des Kühlerblocks, da dieser nicht aus mehreren Blöcken zusammengesetzt werden muss. Die Einteiligkeit der Platten vermeidet demnach die Verbindung der Blöcke zu einer Einheit und verringert deshalb zumindest den Aufwand für Hilfsvorrichtungen, die im Stand der Technik notwendig sind. Die Erfindung führt auch zu einem kompakteren Wärmetauscher, weil voluminöse Sammelkästen für die beispielsweise Flüssigkeit nicht erforderlich sind.
Bei den Platten handelt es sich um umgeformte Platten, die in Plattenpaaren angeordnet sind. In den Plattenpaaren sind die Flusspfade ausgebildet. Die Strömungskanäle sind zwischen den Plattenpaaren ausgebildet und vorzugsweise mit Kühlrippen ausgefüllt.
Bei den Flusspfaden handelt es sich um „geschlossene” Flusspfade, worunter zu verstehen sein soll, dass die Plattenränder der zwei ein Plattenpaar bildenden Platten rundherum verbunden und geschlossen sind. Hingegen handelt es sich bei den Strömungskanälen um solche des „offenen” Typs, worunter zu verstehen ist, dass die beispielsweise Luft frei in die Strömungskanäle des Kühlerblocks auf einer Seite eintreten und nach deren Durchströmung auf der gegenüberliegenden Seite wieder aus dem Kühlerblock austreten kann.
Im Sinne des vorliegenden Vorschlags soll ein einziger Stapel aus Platten auch dann als vorhanden angesehen werden, wenn nur eine Platte eines jeden Plattenpaares einteilig ausgebildet ist. Die zweite Platte kann mehrteilig, beispielsweise zweiteilig, ausgebildet sein. Die eine einteilige Platte eines jeden Plattenpaares gewährleistet einen in sich verbundenen Stapel aus Platten und führt somit ebenfalls dazu, dass nicht Blöcke miteinander zu einer Einheit verbunden werden müssen, wie oben erwähnt.
Vorzugsweise befinden sich in den Flusspfaden Turbulatoren, vorzugsweise Lamellen, die beispielsweise aus dem Bereich Ölkühlung bekannt sind, und die oft als „lanced – and – offset – fins” bezeichnet werden. Solche Lamellen haben eine Durchströmungsrichtung mit relativ hohem Druckverlust und eine senkrecht dazu verlaufende Durchströmungsrichtung mit einem relativ niedrigen Druckverlust.
Es ist jedoch auch möglich, dass in den Flusspfad der ersten Stufe Plattenumformungen als Turbulenzerzeuger hineinragen und dass lediglich im Flusspfad der zweiten Stufe Lamellen vom Typ „lanced – and – offset fins” angeordnet sind. Es ist auch möglich vollständig auf eingelegte Turbulatoren zu verzichten.
Wenn der einzige Stapel aus Platten aus ausschließlich einteiligen, umgeformten Platten gebildet ist, werden die zwei oder mehr Stufen vorzugsweise durch mindestens eine Plattenumformung voneinander getrennt. Somit wird wenigstens ein Flusspfad für die eine Stufe und in demselben Plattenpaar auch ein Flusspfad für die zweite Stufe bereitgestellt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die beispielsweise Ladeluft die Stufe mit der höheren Temperatur (erste Stufe) der beispielsweise Flüssigkeit etwa im Kreuzstrom durchströmt und dass die Stufe mit der niedrigeren Temperatur (zweite Stufe) etwa im Gegenstrom zur beispielsweise Flüssigkeit durchströmt wird.
Von der Anmelderin durchgeführte Simulationsrechnungen haben für den Wärmetauscher dieser Ausführungsform eine deutliche Steigerung der Wärmetauschrate gegenüber dem Stand der Technik ergeben.
Ein gegenüber dem Wärmetauscher gemäß Patentanspruch 1 auf einem weiteren Einsatzgebiet verwendbarer Wärmetauscher mit einem Kühlerblock, bestehend aus einem Stapel aus Platten, die in Plattenpaaren angeordnet sind und der Flusspfade sowie Strömungskanäle aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein ausgewählter Umfangsbereich an Platten vorgesehen ist, der eine Verlängerung am abgebogenen Plattenrand aufweist, wobei die Verlängerung an einer Platte sich bis zum Rand der Platte des nächsten Plattenpaares erstreckt, sodass ein weitgehend glatter Rand des Wärmetauschers gebildet ist. Die Verlängerung erlaubt ein einfacheres Zusammenfügen des Stapels aus Platten, da sich dieselben durch die Verlängerungen gegenseitig zentrieren.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers mit einem Kühlerblock, aus Plattenpaare bildenden Platten, die unter Bildung von Flusspfaden und Strömungskanälen zu einem Stapel aus Platten zusammengesetzt werden, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Platten in wenigstens einem ausgewählten Umfangsbereich mit einer Verlängerung am abgebogenen Plattenrand bereitgestellt und derart zum Stapel zusammengesetzt werden, dass durch die Verlängerungen im Umfangsbereich eine weitgehend glatte Kontur des Kühlerblocks erzeugt wird.
Weitere Merkmale sind in den abhängigen Patentansprüchen enthalten, die lediglich zur Vermeidung von Wiederholungen an dieser Stelle nicht aufgeführt werden. Ferner ergeben sich weitere Merkmale und deren Wirkungen auch aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, in der auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die 1 zeigt eine Seitenansicht eines Wärmetauschers (erstes Ausführungsbeispiel).
Die 2 zeigt die Draufsicht von 1.
Die 3 zeigt den Schnitt A-A aus 2.
Die 4 zeigt eine andere Seitenansicht des Wärmetauschers aus den 1–3.
Die 5 zeigt den Schnitt B-B aus 2.
Die 6 zeigt den Schnitt D-D aus 2.
Die 7 zeigt den Schnitt C-C aus 2.
Die 8 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel im Prinzip, als Draufsicht auf einen Wärmetauscher.
Die 9 zeigt eine perspektivische Ansicht auf eine verwendete Lamelle.
Die 10 zeigt die Anordnung des zweistufigen Wärmetauschers aus den 1–8 in einem Gehäuse.
Die 11 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel, ähnlich der 8.
Die Wärmetauscher der Ausführungsbeispiele sind indirekte Ladeluftkühler. Prinzipiell sind andere Verwendungen bzw. Einsatzmöglichkeiten des vorgeschlagenen Wärmetauschers möglich. Denkbar ist zum Beispiel die Verwendung als Abgasrückführungskühler oder als Kühler für ein Gemisch aus Ladeluft und Abgas. Ferner ist der Einsatz des Wärmetauschers nicht auf Kraftfahrzeuge beschränkt. Die komprimierte Ladeluft LL eines nicht gezeigten Verbrennungsmotors wird mittels Flüssigkeit in wenigstens zwei unmittelbar aneinander angrenzenden Stufen A, B gekühlt. Die Stufen A, B sind in einem Kühlerblock 1 ausgebildet, der in einem Gehäuse 2 angeordnet ist. Der Kühlerblock 1 besitzt eine obere Deckplatte 12, die einen Stapel 3 aus Platten 30 und Kühlrippen 21 am gesamten Umfang überragt, sodass der Kühlerblock 1 mittels des überstehenden Randes der Deckplatte 12 am Rand 22 einer Einsetzöffnung 23 des Gehäuses 2 befestigt werden kann (10). Im Kühlerblock 1 sind für die Flüssigkeit Flusspfade 10 und für die Ladeluft Strömungskanäle 20 angeordnet. Die Ladeluft tritt gemäß der in den 2, 8 und 10 eingezeichneten Blockpfeile in das Gehäuse 2 ein und durchströmt die Strömungskanäle 20 der zwei Stufen A, B nacheinander.
Wie aus den Darstellungen ersichtlich ist, ist der Kühlerblock 1 mit den Flusspfaden 10 und den Strömungskanälen 20 in den wenigstens zwei Stufen A, B durch einen einzigen Stapel 3 aus Platten 30 gebildet.
Wie weiter ersichtlich ist, handelt es sich bei den Flusspfaden um „geschlossene” Flusspfade 10, worunter zu verstehen ist, dass die Plattenränder der zwei ein Plattenpaar 31 bildenden Platten 30 rundherum verbunden und geschlossen sind. Hingegen handelt es sich bei den Strömungskanälen 20 um solche des „offenen” Typs, worunter zu verstehen ist, dass die Luft frei in die Strömungskanäle 20 des Kühlerblocks 1 auf einer Seite eintreten und nach deren Durchströmung auf der gegenüberliegenden Seite wieder aus dem Kühlerblock 1 austreten kann.
Die Flüssigkeit in der ersten Stufe A weist eine höhere Temperatur auf als diejenige, die die zweite Stufe B durchströmt. Die Flüssigkeit der ersten Stufe A kann aus einem nicht gezeigten Kühlmittelkreislauf entnommen werden, der zur Kühlung eines ebenfalls nicht gezeigten Verbrennungsmotors dient. Die kühlere Flüssigkeit der zweiten Stufe B wird in bekannter Weise aus einem separaten Kühlkreislauf entnommen.
Die in das Gehäuse 2 eintretende Ladeluft durchströmt zunächst die Stufe A mit der höheren Temperatur der Flüssigkeit und danach die Stufe B mit der niedrigeren Temperatur, um schließlich das Gehäuse 2 zu verlassen und zur Aufladung des Verbrennungsmotors zur Verfügung zu stehen. (10)
Die Platten 30 sind in bereits erwähnten Plattenpaaren 31 im Stapel 3 angeordnet. In den Plattenpaaren 31 sind die geschlossenen Flusspfade 10 ausgebildet. Zwischen den Plattenpaaren 31 befinden sich die offenen Strömungskanäle 20, die vorzugsweise mit Kühlrippen 21 belegt sind. Die gewellten Kühlrippen 21 erstrecken sich durchgehend über die mindestens zwei Stufen A, B und sind im Stapel 3 aus Platten 30 enthalten (3 und 7).
In weniger bevorzugten Ausführungen sind die Kühlrippen 21 durch zahlreiche, nach außen, also in die Strömungskanäle 20 hineinragende Plattenumformungen (Noppen) ersetzt worden (nicht dargestellt).
In den geschlossenen Flusspfaden 10 der beiden Stufen A, B sind gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1–7 Lamellen 11 angeordnet. Die verwendeten Lamellen 11 werden in der 9 gezeigt. Es handelt sich um „lanced – and – offset – fins”. Das ist eine international gebräuchliche Bezeichnung für gewellte Rippen mit versetzten Wellenflanken, in denen sich Durchgänge 13 befinden. Sie sind beispielsweise aus dem Bereich Ölkühlung bekannt. Solche „fins” gestatten eine Durchströmung oder den Durchgang des Fluids in Längs- und in Querrichtung, wobei der auftretende Druckverlust dp aufgrund des Designs der Rippen 11 unterschiedlich ist. Die Durchströmung oder der Durchgang kann auch durch eine zweckentsprechende Auslegung der Größe der Durchgänge 13 sowie deren Abstände voneinander beeinflusst werden.
Im Ausführungsbeispiel gemäß der 8, das weiter unten noch näher beschrieben wird, wurde auf den Einsatz von Lamellen 11 in den Flusspfaden 10a der ersten Stufe A verzichtet. Dafür wurden dort lediglich symbolhaft gezeigte Noppen 33 in die Platten 30 eingeformt, die sich in den Flusspfad 10a hinein erstrecken und für Turbulenzen in der Flüssigkeit sorgen. Die Noppen 33 sind vorzugsweise auf der gesamten Länge des Flusspfades 10 vorhanden, obwohl sie nur am Beginn und teilweise im letzten Drittel der Länge symbolisiert wurden. In der zweiten Stufe B sind die beschriebenen Lamellen 11 angeordnet.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind alle Platten 30 als einteilige Platten ausgebildet worden. Die Einteiligkeit der Platten 30 führt zu einem einzigen Stapel 3 aus Platten 30.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen besitzt auch jede Stufe A, B lediglich einen einzigen Flusspfad 10. Beim Einsatz von einteiligen Platten 30 wird die Trennung der Flusspfade 10 bzw. der Stufen A, B mittels einer sich längs erstreckenden Sicke bzw. einer Umformung 32 in einer Platte 30 der Plattenpaare 31 realisiert (7). Es ist möglich, in beide Platten 30 eines jeden Plattenpaares 31 solche Sicken 32 einzuarbeiten, die dann etwa die halbe Höhe des Flusspfades 10 aufweisen und die miteinander verbunden sind, was nicht gezeigt wurde.
Es ist auch möglich, eine der Platten 30 eines jeden Plattenpaares 31 mehrteilig auszubilden, sodass jeder Flusspfad 10 aus einem Abschnitt einer einteiligen Platte 30 eines jeden Plattenpaares 31 und aus einer separaten Platte gebildet sein kann, die ein Teil der zweiten, mehrteiligen Platte ist. Dabei würde die sickenartige, sich längs erstreckende Umformung 32 entfallen bzw. durch aneinander anstoßende Längsränder von Plattenteilen der mehrteiligen zweiten Platte ersetzt werden. Das wurde in den gezeigten Ausführungsbeispielen ebenfalls nicht dargestellt, sondern in der 7 durch einen gestrichelt gezeichneten Pfeil, der durch ein Oval hervorgehoben wurde, wurde lediglich angedeutet, wo sich der Stoß der Längsränder in diesem Fall befinden würde. Die vorteilhafte Einteiligkeit des Stapels 3 bleibt mit dieser nicht weiter gezeigten Ausführung erhalten.
Die Platten 30 weisen Eintritts- bzw. Austrittsöffnungen 4, 5, 6, 7 mit dieselben umgebende Kragen auf. Die Platten 30 sind derart im Stapel 3 angeordnet, dass mittels der Kragen durch den Stapel 3 sich erstreckende Eintritts- bzw. Austrittskanäle 40, 50, 60, 70 gebildet sind. Dabei überbrücken die Kragen jeweils die Strömungskanäle 20 und die Öffnungen verbinden die Flusspfade 10 strömungstechnisch miteinander. Das ist in den Schnittdarstellungen der 3, 5 und 6 gut erkennbar.
Die Platten 30 besitzen vier solche Öffnungen 4, 5, 6, 7 mit Kragen. Die vier Öffnungen sind im Ausführungsbeispiel gemäß 8 etwa in Eckbereichen der Platten 30 angeordnet.
In den Ausführungsbeispielen handelt es sich um runde Öffnungen 4, 5, 6, 7. Die Formen der Öffnungsquerschnitte bzw. die sich daraus ergebenden Kanalquerschnitte müssen nicht kreisrund sein, sondern sie können zweckentsprechend ausgebildet sein.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1–7 befinden sich drei Öffnungen 4, 6, 7 an einer Schmalseite der Platten 30 und die vierte Öffnung 5 ist in einem Eckbereich an der gegenüberliegenden Schmalseite angeordnet. Daraus ergibt sich auch bereits die Durchströmung der Flusspfade 10a, 10b in den Stufen A, B. Die Flüssigkeit durchströmt den Flusspfad 10a der ersten Stufe A auf einem etwa geraden Weg in Plattenlängsrichtung. Die Flüssigkeit im Flusspfad 10b der zweiten Stufe B absolviert in Plattenlängsrichtung wenigstens einen Hin- und einen Rückweg, also einen etwa U-förmigen Strömungsweg. Die Ladeluft durchströmt die erste A und die zweite Stufe B demnach etwa im Kreuzstrom zu den Flüssigkeiten.
Für das Ausführungsbeispiel der 8 ist vorgesehen, dass die Ladeluft LL die erste Stufe A (mit der höheren Temperatur der Flüssigkeit) ebenfalls etwa im Kreuzstrom durchströmt und dass die zweite Stufe B (mit der niedrigeren Temperatur) etwa im Gegenstrom zur Flüssigkeit durchströmt wird. Um die Durchströmung etwa im Gegenstrom auf möglichst einfache Weise zu realisieren, ist im geschlossenen Flusspfad 10b der zweiten Stufe B zwischen zwei Rändern der Lamelle 11 und zwei Begrenzungen des Flusspfades 10b in den Platten 30 jeweils ein Kanal 8, 9 angeordnet, wobei die Flüssigkeit im Wesentlichen in einen Kanal 9 einströmt, die Lamelle 11 etwa im Gegenstrom zur Ladeluft durchströmt und über den anderen Kanal 8 ausströmt. In den Platten sind Strömungsbarrieren 12 angeordnet sind, die die Durchströmung der Kanäle 8, 9 und der Lamellen 11 etwa im Gegenstrom erzwingen. Die Kanäle 8 und 9 weisen einen sehr geringen Strömungswiderstand auf, damit sich die Flüssigkeit leicht über die gesamte Länge verteilt, bevor sie durch die Strömungsbarrieren 12 endgültig gezwungen wird, etwa im Gegenstrom zur LL durch die Lamelle 11 zu strömen. Durch die oben bereits angesprochene Auslegung der Lamelle 11 sowie der Strömungsbarrieren 12 und der Kanäle 8, 9 kann auch festgelegt werden, ob ein nahezu reiner Gegenstrom oder nur etwa ein Gegenstrom stattfindet.
Die Bemerkung in 5 soll die Möglichkeit einer Entlüftung bzw. Entgasung der Flüssigkeit andeuten, falls in einem Ausführungsbeispiel die angegebene Seite des Kühlerblocks 1 die Oberseite darstellt.
Im Ausführungsbeispiel gemäß der 11, das ähnlich der 8 ist, wurde auf den Einsatz von Lamellen 11 gänzlich verzichtet. An deren Stelle wurden parallele, sich in Plattenquerrichtung erstreckende Sicken 34 in die Platten 30 eingearbeitet, und zwar in die Plattenbereiche, die der Ausbildung des Flusspfades 10b dienen. Dadurch ergeben sich in den geschlossenen Flusspfaden 10b zwischen den Sicken 34 Strömungsbahnen 35, die die beiden Kanäle 8 und 9 miteinander verbinden. Eine solche, allerdings nur ganz prinzipiell gezeigte, alternative Gestaltung erlaubt einen „echten” Gegenstrom zwischen der Flüssigkeit in den geschlossenen Flusspfaden 10b und der Ladeluft LL in den offenen Strömungskanälen 20.
In den Darstellungen gemäß den 1–6, die zum ersten Ausführungsbeispiel gehören, wurde auch ein zumindest eigenartiges Plattendesign vorgesehen, was dadurch charakterisiert ist, dass wenigstens ein ausgewählter Umfangsbereich der Platten 30 mit einer schürzenartigen Verlängerung 300 des abgebogenen Plattenrandes 301 (7) ausgestattet wurde. In den Zeichnungen sind zwei ausgewählte Umfangsbereiche vorhanden, die jeweils die gegenüberliegenden Schmalseiten der Platten 30, einschließlich der angrenzenden Eckradien, bis in die Längsseiten der Platten 30 hinein, umfassen. Dabei können entweder sämtliche Platten 30 mit solchen Verlängerungen 300 versehen werden oder nur jeweils eine Platte 30 eines jeden Plattenpaares 31. Die Verlängerung 300 erstreckt sich im Stapel 3 bis hin zum Rand der Platte 30 des nächsten Plattenpaares 31 und überlappt denselben ein kleines Stück weit.
Eine solche Ausbildung ist vom Aussehen her ähnlich mit Plattenrandgestaltungen bei den so genannten gehäuselosen Plattenwärmetauschern, wobei sich bei diesen die Randgestaltung allerdings um den gesamten Umfang herum erstreckt und hier lediglich über den ausgewählten Umfangsbereich.
Der Hauptzweck einer solchen Gestaltung liegt im vorliegenden Fall darin, dass sich dadurch am gelöteten Wärmetauscher eine weitgehend gerade bzw. glatte Kontur K des Kühlerblocks 1 des Wärmetauschers im Bereich der Verlängerungen 300 erzeugen lässt. Das hat wiederum den Vorteil, dass sich ein leistungsreduzierender Luft-Bypass zwischen dem Rand (Kontur K) des Kühlerblocks 1 und dem Inneren des Gehäuses 2 leichter unterdrücken oder sogar ganz vermeiden lässt. Die weitgehend glatte Kontur K lässt sich den 1 sowie 3–6 entnehmen. Ersichtlich ist daraus auch, dass die Strömungskanäle 20 im ausgewählten Umfangsbereich keine offenen Strömungskanäle 20 im vorne beschriebenen Sinn sind. Sie sind nämlich im Umfangsbereich durch die Verlängerungen 300 verschlossen.
Diese Ausbildung hat aber mit Blick auf völlig andere Wärmetauscheranwendungen, zum Beispiel solche, die kein Gehäuse 2 erfordern und keine Wärmetauscherstufen A, B besitzen, auch noch andere Vorteile. Beispielsweise könnten sich die Platten 30 leichter zum Stapel 3 zusammensetzen lassen, weil man den Verlängerungen 300 eine zentrierende Wirkung im Zuge der Bildung des Stapels 3 nachsagen kann. Dadurch wird also ebenfalls ein Wärmetauscher, beispielsweise ein frei mit Kühlluft durchströmter Wasserkühler, der im Frontbereich eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist, zur Verfügung gestellt, der in der Lage ist, die vorne erwähnte Aufgabenstellung zu lösen, die in der Bereitstellung eines herstellungsfreundlichen Wärmetauschers mit einfachen Mitteln besteht.
Die Erfinder stellen kostengünstig herstellbare, leistungsfähige und wenig Bauraum erfordernde, das heißt, sehr kompakte Wärmetauscher und ein entsprechendes Herstellungsverfahren zur Verfügung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

GB 2057564 A [0004]
EP 2412950 A1 [0005]

Claims

Wärmetauscher, zum Beispiel indirekter Luftkühler, bei dem die Luft, beispielsweise komprimierte Ladeluft (LL) eines Verbrennungsmotors, beispielsweise mittels Flüssigkeit in wenigstens zwei unmittelbar aneinander angrenzenden Stufen (A, B) gekühlt wird, die in einem Kühlerblock (1) ausgebildet sind, der in einem Gehäuse (2) angeordnet ist, wobei für die beispielsweise Flüssigkeit Flusspfade (10) und für die beispielsweise Ladeluft Strömungskanäle (20) in dem Kühlerblock (1) angeordnet sind, wobei die Ladeluft in das Gehäuse (2) eintritt und die Strömungskanäle (20) der mindestens zwei Stufen (A, B) nacheinander durchströmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlerblock (1) mit den Flusspfaden (10) und den Strömungskanälen (20) in den wenigstens zwei Stufen (A, B) durch einen einzigen Stapel (3) aus Platten (30) gebildet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flusspfade geschlossene Flusspfade (10) sind und die Strömungskanäle (20) als offene Kanäle ausgestaltet sind.
Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beispielsweise Flüssigkeit in der einen Stufe (A) eine höhere Temperatur aufweist als in der anderen Stufe (B).
Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in das Gehäuse (2) eintretende beispielsweise Ladeluft vorzugsweise zunächst die Stufe (A) mit der höheren Temperatur der beispielsweise Flüssigkeit durchströmt und danach die Stufe (B) mit der niedrigeren Temperatur, um danach das Gehäuse (2) zu verlassen.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (30) in Plattenpaaren (31) angeordnet sind, in denen sich die geschlossenen Flusspfade (10) befinden.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die offenen Strömungskanäle (20) für die beispielsweise Ladeluft zwischen den Plattenpaaren (31) angeordnet sind.
Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich in den offenen Strömungskanälen (20) Kühlrippen (21) befinden, die sich vorzugsweise durchgehend über die mindestens zwei Stufen (A, B) erstrecken und die in dem einzigen Stapel (3) aus Platten (30) enthalten sind.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den geschlossenen Flusspfaden (10a, 10b) der Stufen (A, B) Lamellen (11) vom Typ „lanced – and – offset fins” angeordnet sind.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass in den Flusspfad (10a) der ersten Stufe (A) Plattenumformungen als Turbulenzerzeuger hineinragen und dass im Flusspfad (10b) der zweiten Stufe (B) Lamellen (11) vom Typ „lanced – and – offset fins” angeordnet sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Platten (30) einteilige Platten sind.
Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass jede Stufe (A, B) wenigstens einen Flusspfad (10a, 10b) aufweist, wobei die Stufen (A, B) durch eine Umformung (32) in wenigstens einer Platte (30) der Plattenpaare (31) voneinander getrennt sind.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Platten (30) eines jeden Plattenpaares (31) mehrteilig ausgebildet sein kann, sodass jeder Flusspfad (10) aus einem Abschnitt einer einteiligen Platte (30) eines jeden Plattenpaares und aus einer separaten Platte gebildet sein kann, die ein Teil der zweiten, mehrteiligen Platte eines jeden Plattenpaares ist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (30) Eintritts- bzw. Austrittsöffnungen (4, 5, 6, 7) mit diese umgebende Kragen aufweisen, wobei die Platten derart im Stapel (3) angeordnet sind, dass mittels der Kragen durch den Stapel sich erstreckende Eintritts- bzw. Austrittskanäle gebildet sind, wobei die Kragen jeweils die Strömungskanäle (20) überbrücken und die Öffnungen die Flusspfade (10) strömungstechnisch verbinden.
Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (30) mindestens vier solche Öffnungen mit Kragen aufweisen.
Wärmetauscher nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Öffnungen etwa in Eckbereichen der Platten (30) angeordnet sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich drei Öffnungen an einer Schmalseite der Platten (30) befinden und die vierte Öffnung in einem Eckbereich an der gegenüberliegenden Schmalseite angeordnet ist.
Wärmetauscher nach mindestens einem der Ansprüche 1–15, dadurch gekennzeichnet, dass die beispielsweise Ladeluft die (erste) Stufe (A) mit der höheren Temperatur der beispielsweise Flüssigkeit etwa im Kreuzstrom durchströmt und die (zweite) Stufe (B) mit der niedrigeren Temperatur etwa im Gegenstrom zur beispielsweise Flüssigkeit durchströmt wird.
Wärmetauscher nach mindestens einem der Ansprüche 1–15 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass im Flusspfad (10b) der zweiten Stufe (B) zwischen zwei Rändern der Lamelle (11) und zwei Begrenzungen des Flusspfades (10b) in den Platten (30) jeweils ein Kanal (8, 9) angeordnet ist, wobei die beispielsweise Flüssigkeit im Wesentlichen in einen Kanal (8) einströmt, die Lamelle (11) etwa im Gegenstrom zur beispielsweise Ladeluft durchströmt und über den anderen Kanal (9) ausströmt.
Wärmetauscher nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass in den Platten Strömungsbarrieren (12) angeordnet sind, die die Durchströmung der Kanäle (8, 9) und der Lamellen (11) etwa im Gegenstrom erzwingen.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1–16, dadurch gekennzeichnet, dass die beispielsweise Ladeluft die erste (A) und die zweite Stufe (B) etwa im Kreuzstrom zur beispielsweise Flüssigkeit durchströmt, wobei die beispielsweise Flüssigkeit den Flusspfad (10a) der ersten Stufe (A) auf einem etwa geraden Weg in Plattenlängsrichtung durchströmt und die Flüssigkeit im Flusspfad (10b) der zweiten Stufe (B) in Plattenlängsrichtung wenigstens einen Hin- und einen Rückweg absolviert.
Wärmetauscher mit einem Kühlerblock (1), bestehend aus einem Stapel (3) aus Platten (30), die in Plattenpaaren (31) angeordnet sind und der Flusspfade (10) sowie Strömungskanäle (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein ausgewählter Umfangsbereich an Platten (30) vorgesehen ist, der eine Verlängerung (300) am abgebogenen Plattenrand (301) aufweist, wobei sich die Verlängerung (300) an einer Platte (30) in dem Stapel (3) aus Platten bis zum Rand der Platte (30) des nächsten Plattenpaares (31) erstreckt, sodass im Umfangsbereich eine weitgehend glatte Kontur (K) des Kühlerblocks (1) gebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers mit einem Kühlerblock, aus Plattenpaare bildenden Platten (30), die unter Bildung von Flusspfaden (10) und Strömungskanälen (20) zu einem Stapel (3) aus Platten zusammengesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (30) in wenigstens einem Umfangsbereich mit einer Verlängerung (300) am abgebogenen Plattenrand (301) bereitgestellt und derart zum Stapel (3) zusammengesetzt werden, dass durch die Verlängerungen (300) im Umfangsbereich eine weitgehend glatte Kontur (K) des Kühlerblocks (1) erzeugt wird.