DE19712599A1

DE19712599A1 - Wärmetauscher

Info

Publication number: DE19712599A1
Application number: DE1997112599
Authority: DE
Inventors: Klaus Vogelsang; Manfred Mandlik; Werner Adams
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 1997-03-26
Filing date: 1997-03-26
Publication date: 1998-10-01

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, im Einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Wärmetauscher dienen im allgemeinen dem Austausch von Wärme zwischen zwei Kreisläufen und werden vor allem zur Kühlung von Betriebsmittel verwendet. Diese sind in einer Vielzahl von Ausführungen und Grundbauarten beispielsweise aus Buschmann, Koessler: "Handbuch der Kraftfahrzeugtechnik", 1973 bekannt.

Im allgemeinen sind zwei getrennte Kreisläufe vorgesehen - ein erster Kreislauf für das Kühlmittel und ein zweiter Kreislauf für das Betriebsmittel, welches normalerweise als Öl vorliegt. Dabei durchfließt das Betriebsmittel den Wärmetauscher in als Kühlschlangen bezeichneten Kanälen, welche von Kühlmittel umspült werden. Infolge der Wärmeleitung vom Betriebsmittel zum Kühlmittel verringert sich dann dessen Temperatur.

Wärmetauscher in Schalenbauart umfassen eine Vielzahl von übereinander wechselweise für Betriebsmittel und Kühlmittel angeordneten, nur jeweils zur Führung eines Mittels gestalteten Kanälen, welche jeweils einen zentralen Zuführkanal für Betriebsmittel und Kühlmittel mit jeweils einem dazugehörigen zentralen Abführkanal für Betriebsmittel und Kühlmittel verbinden. Auf einfache Art wird dieser Aufbau durch parallel zueinander angeordnete Plattenelemente zwischen einer ersten Flachseite und einer zweiten Flachseite realisiert, in welchen die zentralen Zu- und Abführkanäle in Form von Durchgangslöchern vorgesehen sind. Die Verbindungskanäle werden durch wechselseitiges einseitiges Verschließen zweier einander benachbarter übereinander angeordneter und jeweils einen Verbindungskanal beschreibender Elemente im Bereich der Zu- und Abführkanäle gebildet. Dieser einseitige Verschluß erfolgt beispielsweise durch das Vorsehen einer Trennwand, kann aber auch durch entsprechende Gestaltung der Endbereiche der Platten realisiert werden. Beispielsweise können diese gebogen ausgeführt sein.

Die zentralen Zu- und Abführkanäle schließen jeweils an den einander gegenüberliegenden Flachseiten des Wärmetauschers ab und sind an Leitungen entsprechender Kreisläufe koppelbar.

Die Durchströmung des Wärmetauschers erfolgt immer vom Zuführkanal von einer Flachseite zum Abführkanal auf der gegenüberliegenden Flachseite über die Verbindungskanäle. Da die Verbindungskanäle für die einzelnen Medien wechselweise übereinander angeordnet sind, wird das Betriebsmedium beidseitig von Kühlmedium umströmt.

Ein derartiger Wärmetauscher zeichnet sich durch eine hohe Leistungsdichte, eine sehr kompakte Bauform, einen einfachen Aufbau und eine gute Variationsmöglichkeit bezüglich der bereitzustellenden Kapazität dar. Allerdings können pro Flachseite jeweils nur zwei Kreisläufe eingespeist werden. Für Anwendungsfälle mit einer Vielzahl zu kühlender Betriebsmedien sind daher immer eine entsprechende Anzahl von Wärmetauschern vorzusehen oder das weitere, zweite zu kühlende Betriebsmittel muß von der gegenüberliegenden Flachseite her eingespeist werden. Um trotzdem eine entsprechende Anzahl von Verbindungskanälen realisieren zu können, baut eine derartige Ausführung meist höher. Des weiteren ist eine Einspeisung von der gegenüberliegenden Flachseite mit einer Umlenkung in der Leitungsführung und damit einem erhöhten Aufwand verbunden. Die Kühlmöglichkeit ist auf zwei Betriebsmedien begrenzt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß die genannten Nachteile vermieden werden. Im einzelnen ist ein Wärmetauscher in Schalenbauweise zu schaffen, der es ermöglicht, unter Beibehaltung der aufgezeigten Vorteile eine Mehrzahl von Betriebsmedien, d. h. wenigstens zwei, optimal zu kühlen. Der konstruktive und fertigungstechnische Aufwand sowie die Kosten sind dabei gering zu halten.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Erfindungsgemäß ist in wenigstens einem der zentralen Zu- und Abführkanäle wenigstens ein rohrförmiges Element zur Abtrennung wenigstens eines weiteren dritten Zu- und Abführkanales und wenigstens eines Verbindungskanales vorgesehen, wobei der zentrale Zu- und Abführkanal frei von den Verbindungskanälen ist, welche den dritten Zu- und Abführkanal miteinander verbinden. Im einzelnen bedeutet dies, daß in einen der beiden zentralen Zu- und Abführkanäle wenigstens ein rohrförmiges Element eingeschoben wird, welches mit einem Teil seines äußeren Umfanges wenigstens mittelbar an ein, einen Verbindungskanal mit beschreibenden Element angrenzt und damit wenigstens einen Zu- und Abführkanal und einen Verbindungskanal zwischen zentralem Zu- und Abführkanal von letztgenannten abtrennt.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, mit einem Wärmetauscher, insbesondere einem Wärmetauscher in Schalenbauart, durch einfache Modifizierung wenigstens zwei unterschiedliche Betriebsmittel zu kühlen, wobei die Zufuhr in der gleichen Richtung ohne Umlenkung erfolgt.

Vorzugsweise wird das rohrförmige Element in den zentralen Zu- und Abführkanälen angeordnet, welche der Führung des Betriebsmediums dienen. Dadurch werden wenigstens ein Verbindungskanal oder eine Mehrzahl von Verbindungskanälen zur Führung eines weiteren Betriebsmediums abgetrennt.

Ein erster Teil des Kühlmediums umströmt somit beidseitig das zweite Betriebsmedium und ein zweiter Teil das erste Betriebsmedium in den entsprechenden Verbindungskanälen.

Denkbar ist es jedoch auch, das rohrförmige Element in den zentralen Zu- und Abführkanälen für das Kühlmedium vorzusehen. Unter Kühlmedium ist dabei ein Medium zu verstehen, welches von den möglichen, über den Wärmetauscher führbaren Medien die geringste Temperatur aufweist. Dies ist bei Einsatzfällen, bei welchen die Wärme des ersten Betriebsmediums zur Erwärmung eines zweiten Betriebsmediums genutzt werden könnte, wobei jedoch der damit verbundene Wärmeentzug aus dem ersten Betriebsmedium nicht ausreicht, um dieses auf einer entsprechenden Betriebstemperatur zu halten, möglich. In diesem Fall würde ein Wärmeaustausch zwischen einem ersten Teil des Betriebsmediums und dem zweiten Betriebsmedium und zwischen einem zweiten Teil des ersten Betriebsmediums und dem Kühlmedium erfolgen. Allerdings müßte dann zur Einhaltung einer bestimmten Betriebsmitteltemperatur des ersten Betriebsmediums auf eine entsprechende tiefere Abkühlung des zweiten Teiles des ersten Betriebsmediums geachtet werden, die nach dem Zusammentreffen beider Teile in der zentralen Abführleitung für das erste Betriebsmedium die Einstellung dieser Betriebstemperatur ermöglicht.

Als Kühlmedien kommt hauptsächlich Kühlwasser, gegebenenfalls mit spezifischen Zusätzen zur Anwendung. Betriebsmedien können beispielsweise Hydraulikflüssigkeit in Form von Öl unterschiedlichster Eigenschaften sein. Unter Berücksichtigung der Eigenschaften des Betriebsmediums Öl als Wärmeträger, sind in den Verbindungskanälen, die von diesem Betriebsmedium durchströmt werden, Turbulenzerreger eingebaut. Diese Maßnahme dient der Verhinderung der Grenzschichtbildung an den Wänden, wobei allerdings die erzeugten Durchströmwiderstände den Einbau der Turbulenzerreger begrenzen.

Das rohrförmige Element weist wenigstens über einen Teil seiner Erstreckung in Richtung der Zu- und Abführkanäle einen geringeren Außendurchmesser als Innendurchmesser vom zentralen Zu- und Abführkanal auf. Innerhalb eines Bereiches, der sich an den Teil geringeren Außendurchmessers anschließt bis zum Ende des rohrförmigen Elementes in Richtung seiner Erstreckung in den zentralen Zu- und Abführkanal betrachtet, ist das rohrförmige Element wenigstens mittelbar mit wenigstens einem, der die Verbindungskanäle bildenden Elemente verbunden. Das rohrförmige Element kann dazu in wenigstens zwei Bereiche unterschiedlichen Durchmessers unterteilt sein - einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich, wobei der Außendurchmesser im zweiten Bereich dem Innendurchmesser des zentralen Zu- und Abführkanales entspricht. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß mit dem rohrförmigen Element zu verbindende und einen Verbindungskanal mit bildende Element hinsichtlich seiner axialen Erstreckung größer zu gestalten als die, zumindest die die Verbindungskanäle für das weitere zweite Betriebsmedium bildenden benachbarten Elemente. In diesem Fall kann das rohrförmige Element über seine gesamte Länge mit gleichbleibenden Außendurchmesser ausgeführt werden, was besonders kostengünstig ist.

Eine weitere Möglichkeit zur Abtrennung des drittem Zu- und Abführkanals und wenigstens einem Verbindungskanal vom zentralen Zu- und Abführkanal besteht darin, dem rohrförmigen Element wenigstens ein scheibenförmiges Element zuzuordnen, welches sich wenigstens vom Außendurchmesser des rohrförmigen Elementes bis zu einem Verbindungskanal bzw. einem, einen Verbindungskanal mit beschreibenden Element erstreckt. Dieses Element kann dabei von einer Wand des Verbindungskanales gebildet werden. Das scheibenförmige Element ist vorzugsweise derart zwischen rohrförmigen Element und den die Verbindungskanäle bildenden Elementen angeordnet, daß dieses den kürzesten Abstand zwischen Außendurchmesser des rohrförmigen Elementes und dem, einen Verbindungskanal mit beschreibenden Element überdeckt. Eine geneigte Ausführung ist ebenfalls möglich.

Vorzugsweise wird das scheibenförmige Element an einer Wand der Verbindungskanäle befestigt.

Die Verbindungskanäle können unterschiedlich hinsichtlich ihrer Form und der Strömungsführung ausgestaltet sein. Denkbar sind Rohre beliebiger Kontur. Das Betriebs- und/oder das Kühlmittel können geradlinig, spiralförmig, quer oder mit Umlenkung zwischen Zu-kund Abführkanal geführt werden. Im einzelnen wird hinsichtlich der Möglichkeiten der Gestaltung der Strömungsführung auf das Druckwerk Buschmann, Koessler: "Handbuch der Kraftfahrzeugtechnik", 1973 verwiesen, wobei diese Möglichkeiten in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung mit einbezogen sind.

Erfindungsgemäß können von einem zentralen Zu- und Abführkanal nicht nur ein weiterer Zu- und Abführkanal für eine zweites Betriebsmittel sondern eine Vielzahl von Zu- und Abführkanälen für weitere Betriebsmedien abgetrennt werden. Dies kann durch die ineinander erfolgende Anordnung mehrerer rohrförmiger Elemente realisiert werden. Die einzelnen rohrförmigen Elemente unterscheiden sich dann hinsichtlich deren Innen- und Außendurchmesser und deren Länge. Das erste rohrförmige Element weist den größten Außendurchmesser auf und die kleinste Länge, während jedes weitere rohrförmige Element einen geringeren Außendurchmesser als das erste oder das vorher in den zentralen Zu- und Abführkanal eingeführte rohrförmige Element aufweist, welcher jedoch maximal dem Innendurchmesser des vorher eingefügten rohrförmigen Elementes entspricht, und eine größere Länge als das erste oder das vorher eingefügte rohrförmige Element besitzt. Die Verbindungskanäle zwischen zentralem Zu- und Abführkanal werden somit den einzelnen neu entstehenden Zu- und Abführkanälen zugeordnet. Der Innendurchmesser der zentralen Zu- und Abführleitung verringert sich. Ein wesentlicher Vorteil einer derartigen Realisierung einer Vielzahl von Zu- und Abführkanälen, die mit entsprechenden Leitungseinrichtungen koppelbar sind, besteht darin, daß keine Umlenkung der Strömungen der einzelnen Betriebsmedien erforderlich ist und demzufolge auch die Leitungsführung nicht dahingehend gestaltet werden muß.

Zusätzlich besteht auch die Möglichkeit, eine Einspeisung von beiden Flachseiten aus vorzunehmen. Die zentralen Zu- und Abführkanäle werden dabei mittels wenigstens einer Trennscheibe in zwei getrennte Abschnitte unterteilt - einen ersten Teilkanal und einen zweiten Teilkanal, die von unterschiedlichen Richtungen beschickt werden. Die rohrförmigen Elemente können dabei in den beiden Teilkanälen des Zu- und Abführkanales angeordnet sein. Eine derartige Ausführung zeichnet sich durch eine Vielzahl von möglichen im Wärmetauscher zu kühlenden Kreisläufen aus.

Der Wärmetauscher, insbesondere die einzelnen Verbindungskanäle sind aus Materialen mit guter Wärmeleitfähigkeit gefertigt. Denkbar sind beispielsweise Kupfer und Stahl.

Die Beschickung erfolgt vorzugsweise von den Flachseiten aus. Denkbar ist jedoch auch eine seitliche Beschickung.

Die Einsatzmöglichkeiten eines derartigen Wärmetauschers sind vielfältig. Vorzugsweise können diese im Fahrzeug zur Anwendung gelangen, wobei der Wärmetauscher gleichzeitig Bestandteil des Motorkühlkreislaufes und beispielsweise des Retarderbetriebsmittelkreislaufes sein kann.

Die erfindungsgemäße Lösung ist nachfolgend anhand von Figuren erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1a und 1b eine Ausführung eines erfindungsgemäß gestalteten Wärmetauschers in vereinfachter Darstellung in zwei unterschiedlichen Ansichten;

Fig. 2 eine Weiterentwicklung einer Ausführung gemäß Fig. 1 anhand einer vereinfachten Schnittdarstellung durch einen Wärmetauscher;

Fig. 3 verdeutlicht eine Weiterentwicklung einer Ausführung gemäß den Fig. 1 oder 2 mit zwei zusätzlichen Zu- und Abführkanälen anhand einer vereinfachten Schnittdarstellung durch einen Wärmetauscher;

Fig. 4 eine Ausführung gemäß der Fig. 1 oder 2 mit der Möglichkeit zur beidseitigen Einspeisung.

Fig. 1a verdeutlicht anhand einer vereinfachten Schnittdarstellung durch einen Wärmetauscher 1 das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Lösung. In der Fig. 1b ist die zugehörige Ansicht I-I entsprechend Fig. 1a dargestellt. Für gleiche Elemente sind jeweils die gleichen Bezugszeichen verwendet.

Der Wärmetauscher 1 umfaßt wenigstens zwei zentrale Zu- und Abführkanäle - jeweils einen ersten zentralen Zuführkanal 2 und einen ersten zentralen Abführkanal 3 für ein Kühlmedium und einen zweiten zentralen Zuführkanal 4 und einen zweiten zentralen Abführkanal 5 für ein Betriebsmedium. Als Kühlmedium wird beispielsweise Wasser eingesetzt, die zu kühlenden Betriebsmedien sind vorzugsweise Hydraulikflüssigkeit in Form von Öl. Die einzelnen Zu- und Abführkanäle sind jeweils mit hier im einzelnen nicht dargestellten Leitungen zur Führung der einzelnen Medien gekoppelt, welche Bestandteil von Kreisläufen für diese Medien sind.

Die zueinander gehörigen zentralen Zu- und Abführkanäle 2 und 3 bzw. 4 und 5 sind über eine Vielzahl von Verbindungskanälen miteinander verbunden. Die Verbindung zwischen dem ersten zentralen Zuführkanal 2 mit dem ersten zentralen Abführkanal erfolgt über eine Vielzahl von ersten Verbindungskanälen, welche hier mit 6.1 bis 6.n bezeichnet sind und die Verbindung zwischen dem zweiten zentralen Zuführkanal 4 mit dem zweiten zentralen Abführkanal 5 über eine Vielzahl von zweiten Verbindungskanälen, welche mit 7.1 bis 7.n bezeichnet sind. Die Verbindungskanäle 6.1 bis 6.n bzw. 7.1 bis 7.n erstrecken sich dabei jeweils vom Innendurchmesser I_dz eines zentralen Zuführkanales bis zum Innendurchmesser I_dz eines zugehörigen zentralen Abführkanales. Der Innendurchmesser des ersten zentralen Zuführkanales 2 ist dabei mit I_dz2, des ersten zentralen Abführkanales 3 mit I_dz3, des zweiten zentralen Zuführkanales 4 mit I_dz4 und des zweiten zentralen Abführkanales 5 mit I_dz5 bezeichnet.

Die einzelnen Verbindungskanäle 6.1 bis 6.n bzw. 7.1 bis 7.n sind vorzugsweise parallel zueinander und wechselweise übereinander angeordnet, d. h. Betriebsmedium und Kühlmedium strömen in getrennten Verbindungskanälen parallel aneinander vorbei. Die Aussage bezüglich der parallelen Anordnung der Verbindungskanäle bezieht sich dabei jeweils auf die Gestaltung der die äußeren Abmessungen der Verbindungskanäle 6.1 bis 6.n bzw. 7.1 bis 7.n bildenden Elemente bzw. auf die Strömungsrichtung. Innerhalb der Verbindungskanäle 6.1 bis 6.n können die einzelnen Medien- Kühlmedium oder Betriebsmedium auf unterschiedliche Art und Weise geführt werden. Im einfachsten Fall strömen beide Medien getrennt durch die Wände der Verbindungskanäle aneinander entlang mit entgegengesetzter Strömungsrichtung.

Die Verbindungskanäle 6.1 bis 6.n bzw. 7.1 bis 7.n ermöglichen jeweils eine kontinuierliche Führung von Betriebsmedium und Kühlmedium zwischen den Zu- und den Abführkanälen und damit vom Eintritt des Betriebs- bzw. Kühlmediums in den Wärmetauscher 1 bis zum Austritt.

Die Gestaltung der Verbindungskanäle kann verschiedenartig erfolgen. Im einfachsten Fall werden die Verbindungskanäle 6.1 bis 6.n bzw. 7.1 bis 7.n von parallel übereinander angeordneten Platten gebildet, die eine Vielzahl von Verbindungen zwischen den einzelnen Zu- und Abführkanälen gewährleisten wobei jeweils zwei einander benachbarte Platten wechselweise einseitig miteinander durch eine Trennwand verbunden sind. Diese Trennwand wird dabei beispielsweise von gebogenen Endbereichen der einzelnen Platten gebildet. Ausführungen mit rohrförmig ausgeführten Verbindungskanälen sind ebenfalls denkbar.

Die zentralen Zu- und Abführkanäle 2 bzw. 4 und 3 bzw. 5 verlaufen geneigt gegenüber den Verbindungskanälen 6.1 bis 6.n bzw. 7.1 bis 7.n. Vorzugsweise sind die zentralen Zu- und Abführkanäle senkrecht zu den Verbindungskanälen angeordnet.

Des weiteren können auch innerhalb der beiden benachbarten Verbindungskanäle 6 und 7 die einzelnen Medien - Betriebsmedium und Kühlmedium auf unterschiedliche Art und Weise geführt werden. Beispielsweise kann die Strömungsführung innerhalb der einzuhaltenden Grundströmungsrichtung vom zentraler Zu- und Abführkanal in den einzelnen Verbindungskanälen derart ausgeführt sein, daß diese beim Strömen vom zentralen Zuführkanal zum zentralen Abführkanal spiralförmig an den Innenwänden des Verbindungskanales entlang oder quer oder aber mit mehrmaliger Umlenkung erfolgt.

Erfindungsgemäß sind zur zusätzlichen Kühlung eines weiteren zweiten Betriebsmediums, welches nicht mit dem ersten Betriebsmedium vermischt werden sollte und welches eine andere Zusammensetzung und Konsistenz wie das erste Betriebsmedium aufweisen kann, jeweils ein weiterer dritter Zuführkanal 8 und ein weiterer dritter Abführkanal 9 vorgesehen. Der Zuführkanal 8 und der Abführkanal 9 werden mittels jeweils einem rohrförmigen Element 10 gebildet, wobei ein erstes rohrförmiges Element 10.1 im zweiten zentralen Zuführkanal 4 und hier nicht dargestellt, ein zweites rohrförmiges Element 10.2 im zweiten zentralen Abführkanal 5 angeordnet sind.

Das rohrförmige Element 10.1 ist vorzugsweise im zweiten zentralen Zuführkanal 4 bzw. das nicht dargestellte rohrförmige Element 10.2 im zweiten zentralen Abführkanal 5, d. h. dem Zu- und Abführkanal für das zu kühlende Betriebsmedium, hier mit Öl₂ bezeichnet, angeordnet.

Das rohrförmige Element 10.1 bzw. 10.2 erstreckt sich dabei über wenigstens einen Teil I der Erstreckung des zweiten zentralen Zuführkanäle 4 bzw. des zweiten zentralen Abführkanales 5.

Der Außendurchmesser A_drE1 bzw. A_drE2 des rohrförmigen Elementes 10.1 bzw. 10.2 entspricht dabei maximal dem Innendurchmesser I_dz3 bzw. I_dz4 des zentralen zweiten Zuführkanales 4 bzw. des zweiten zentralen Abführkanales 5. Vorzugsweise ist dieser jedoch kleiner. Das rohrförmige Element 10.1 bzw. 10.2 ist im Bereich seines in den Zuführkanal 4 bzw. Abführkanal 5 hineinreichenden Endes 11.1 bzw. 11.2 wenigstens mittelbar mit wenigstens einem der die Verbindungskanäle 6 bzw. 7 bildenden Elemente verbunden. Im dargestellten Fall weist das rohrförmige Element über seine Länge I_Rohr den gleichen Außendurchmesser A_drE1 auf. Die Zu- und Abführkanäle 2 bis 5 werden nicht nur durch die Verbindungskanäle 6 und 7 beschrieben, sondern auch durch ein plattenartiges Element 12, in welches die zu den Kanälen gehörigen Durchgangslöcher eingearbeitet sind. Bereits das plattenförmige Element 12 kann gegenüber den die Verbindungskanäle 6.1 bis 6.n und 7.1 bis 7.n bildenden Elementen derart an seiner zu den Verbindungskanälen hinweisenden Seite 13 ausgestaltet sein, daß mit dem Einführen des rohrförmigen Elementes bzw. der rohrförmigen Elemente 10.1 bzw. 10.2 ein weiterer Zu- und Abführkanal 8 und 9 abgetrennt wird. Im dargestellten Fall weist das plattenförmige Element 12 dazu eine, dem zentralen Zuführkanal 4 bzw. dem zentralen Abführkanal 5 zugeordnete Aufnahmebohrung 14.1 bzw. 14.2 auf, deren Innendurchmesser I_dzp dem Außendurchmesser des rohrförmigen Elementes 10.1 bzw. 10.2 entspricht. Des weiteren weist das plattenförmige Element 12 an seiner zu den Verbindungskanälen gewandten Seite eine Bohrung 15.1 bzw. 15.2 auf, welche sich in axialer Richtung vom Zuführkanal 4 bzw. dem Abführkanal 5 bis über einen Teil der axialen Erstreckung der Verbindungskanäle 6 bzw. 7 erstreckt. Zur Abgrenzung des weiteren dritten Zuführkanales 8 gegenüber dem zentralen Zuführkanal 4 bzw. des Abführkanales 9 gegenüber dem zentralen Abführkanal 5 ist das rohrförmige Element 10.1 bzw. 10.2 in seinem Endbereich 11.1 bzw. 11.2 mit wenigstens einem, einen Verbindungskanal mit beschreibenden Element verbunden. Im dargestellten Fall handelt es sich um eine Wand 16 des Verbindungskanales 7.2, welche gleichzeitig als eine Wand des Verbindungskanales 6.2 fungiert. Das rohrförmige Element 10.1 kann auch, wie hier dargestellt mit der Trennwand 17 zum einseitigen Verschließen des Verbindungskanales 6.2 gegenüber den Zu- und Abführkanälen 4 und 5 gekoppelt sein. In diesem Fall weist der Verbindungskanal 6.2 eine größere axiale Erstreckung in Richtung des zentralen Zuführkanales 4 bzw. des zentralen Abführkanales 5 als die ihm benachbarten Verbindungskanäle 6.1 bzw. 6.3 bis 6.n auf. Dies gilt somit auch für das, den Verbindungskanal 7.2 mit bildende Element, die Wand 16. Dadurch ist es möglich einen Zwischenraum 18.1 bzw. 18.2 zwischen rohrförmigen Element 10.1 bzw. 10.2 und den, die Verbindungskanäle bildenden Elementen bzw. den Innendurchmessern I_dz der zentralen Zu- und Abführkanäle 4 bzw. 5 zu bilden. Diese Zwischenräume sind jeweils Bestandteil des dritten Zuführkanales 8 bzw. des dritten Abführkanales 9.

Der dritte Zuführkanal 8 ist über die Verbindungskanäle 7.3' und 7.4' mit dem dritten Abführkanal 9 verbunden. Diese Verbindungskanäle sind mittels dem rohrförmigen Element 10.1 bzw. 10.2 von den Verbindungskanälen zwischen zentralem Zuführkanal 4 bzw. Abführkanal 5 abgetrennt. Somit kann das im zweiten Zentralen Zuführkanal eingebrachte Betriebsmedium, hier mit Öl 2 bezeichnet, von diesem über die Zwischenkanäle 7.1, 7.2, 7.5-7.n zum zweiten zentralen Abführkanal 5 strömen. Das weitere zweite Betriebsmedium, hier mit Öl 1 bezeichnet, strömt vom Zuführkanal 8 über die Verbindungskanäle 7.3' und 7.4' zum Abführkanal 9. Beide Betriebsmedien werden jeweils beidseitig von Kühlmedium in den Verbindungskanälen 6.1 bis 6.n umströmt.

Die einzelnen Zu- und Abführkanäle sind jeweils mit entsprechenden Leitungseinrichtungen koppelbar.

Die Fig. 2 verdeutlicht eine weitere Möglichkeit der Einfügung des rohrförmigen Elementes 10 in einen zentralen Zuführkanal 4. Das rohrförmige Element ist auch hier mit im wesentlichen gleichbleibenden Außendurchmesser A_dr gestaltet. Zur Abtrennung eines dritten Zuführkanales 8 ist dem rohrförmigen Element 10 ein scheibenförmiges Element 20 zugeordnet. Dieses erstreckt sich vom Außenumfang des rohrförmigen Elementes 10 bis zu einer, den Verbindungskanal 7.10 mit bildenden Wand 21. Das scheibenförmige Element 20 übernimmt in diesem Fall auch die Funktion einer Trennwand 22, welche den Verbindungskanal 6.11 für das Kühlmedium gegenüber dem Zuführkanal 4 verschließt. Diese Ausführung bietet den Vorteil, daß ohne zusätzlichen Fertigungsaufwand das rohrförmige Element in einen Wärmetauscher eingebunden werden kann, wobei die einzelnen Elemente, wie z. B. die die Wände der Verbindungskanäle bildenden Elemente gegenüber konventionellen Ausführungen nicht geändert werden müssen.

Der Zuführkanal 8 ist mit dem, diesem zugeordneten Abführkanal über die Verbindungskanäle 7.11 und 7.12 verbunden. Diese sind mittels dem rohrförmigen Element ebenfalls von der zentralen Zuführleitung 4 und der hier nicht dargestellten, dieser jedoch zugeordneten Abführleitung abgetrennt. Die Beschickung muß hierbei nicht nur von den Flachseiten, zwischen denen die Verbindungskanäle 6 und 7 angeordnet sind und welche jeweils mit 24 und 25 bezeichnet sind, her erfolgen, sondern auch von den, hier nicht dargestellten Seitenflächen.

In Fig. 3 ist eine Möglichkeit der Schaffung mehrerer zusätzlicher Zu- und Abführkanäle in einer vereinfachten Schnittdarstellung durch einen Wärmetauscher 1 dargestellt. In einen zentralen Zuführkanal 4 für Betriebsmedium sind zwei rohrförmige Elemente 10.11 und 10.12 angeordnet. Diese trennen einen dritten Zuführkanal 8 und einen vierten Zuführkanal 27 für zwei weitere Betriebsmedien ab. Der zentrale Zuführkanal 4 ist dann nur noch über die Verbindungskanäle 7.1 bis 7.7 mit dem, diesem zugeordneten und in dieser Schnittdarstellung nicht ersichtlichen Abführkanal 5 verbunden, während der dritte Zuführkanal 8 über die Verbindungskanäle 7.12 und 7.13 mit dem dritten, hier ebenfalls nicht dargestellten Abführkanal 9 und der vierte Zuführkanal 27 über die Verbindungskanäle 7.8 bis 7.11 mit dem diesen zugeordneten, vierten Abführkanal gekoppelt sind. In Analogie muß dazu jedoch die Anordnung von rohrförmigen Elementen in gleicher Weise im auch im Abführkanal erfolgen.

Die rohrförmigen Elemente 10.11 und 10.12 sind zu diesem Zweck ineinandergesteckt. Das rohrförmige Element 10.11, welches der Bildung des dritten Zuführkanales 8 dient, weist dazu einen größeren Außendurchmesser A_dr als das weitere zweite rohrförmige Element 10.12 auf. Die Länge I₁₁ des ersten rohrförmigen Elementes 10.11 ist jedoch kürzer als die Länge I₁₂ des zweiten rohrförmigen Elementes 10.12. Die rohrförmigen Elemente sind in der Weise ineinandergesteckt, daß wenigstens zwischen deren Außendurchmesser A_dr11 und A_dr12 den die Verbindungskanäle bildenden Elementen ein Zwischenraum 18 bzw. 26 entsteht, welcher die Möglichkeit zur Anströmung der Verbindungskanäle 7.12, 7.13 bzw. 7.8 bis 7.11 bereitstellt. Zur Realisierung einer Einspeisung von der oberen Flachseite 24 her weist das zweite rohrförmige Element 10.12 einen geringeren Außendurchmesser A_dr12 als der Innendurchmesser I_dr11 auf. Es besteht jedoch auch die hier im einzelnen nicht dargestellte Möglichkeit, den Außendurchmesser des zweiten rohrförmigen Elementes 10.12 gleich dem Innendurchmesser I_dr11 des ersten rohrförmigen Elementes zu wählen. Eine Einspeisung in den entstehenden Zuführkanal kann dann jedoch nur von der Seite erfolgen. Die Abtrennung der Zu- und Abführkanäle von dem zentralen Zu- und Abführkanal ist jedoch mit einer Querschnittsänderung dessen verbunden.

Die Schaffung weiterer Zu- und Abführkanäle richtet sich nach der Anzahl der ineinandergesteckten rohrförmigen Elemente und wird durch die Anzahl der vorhandenen Verbindungskanäle 7.n begrenzt.

In der Fig. 4 ist eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit eines Wärmetauschers 1 entsprechend dem in den Fig. 1 und 2 beschriebenen in einer Schnittdarstellung dargestellt. Die Abführkanäle sind daher nicht dargestellt. Zur Gewährleistung der Funktion sind diese jedoch hinsichtlich der Anordnung von rohrförmigen Elementen zur Abtrennung der einzelnen Abführkanäle in gleicher Weise auszuführen. Zur Erläuterung wird jedoch nur auf die Zuführkanäle Bezug genommen.

Der zentrale Zuführkanal 4 kann des weiteren in zwei voneinander getrennte Teilkanäle unterteilt werden - einen ersten Teilkanal 4.1 und einen zweiten Teilkanal 4.2. Beide Teilkanäle werden von unterschiedlichen Seiten her beschickt. Der erste Teilkanal 4.1 wird von der oberen Flachseite 24 her beschickt und der zweite Teilkanal 4.2 von der unteren Flachseite 25. Die Abtrennung beider Teilkanäle 4.1 und 4.2 erfolgt durch Anordnung einer Trennscheibe 29 im zentralen Zuführkanal 4. Der weitere dritte Zuführkanal 8 ist dann vom Teilkanal 4.1 abgetrennt.

Es besteht die hier im einzelnen nicht dargestellte Möglichkeit auch den Teilkanal 4.2 weiter zu unterteilen.

Die dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen einzelne Gestaltungsvarianten. Insbesondere für die Gestaltung des rohrförmigen Elementes und der Abgrenzung der durch das rohrförmige Element erzeugten weiteren Zwischenräume gegenüber dem zentralen Zu- und Abführkanal sind eine Vielzahl von Möglichkeiten denkbar, deren konkrete konstruktive Gestaltung und die Werkstoffauswahl liegt im Ermessen des Fachmannes.

Es besteht auch die Möglichkeit, die hier aufgezeigten Varianten der Gestaltung des rohrförmigen Elementes, deren Anordnung und die Abtrennung der einzelnen Zu- und Abführkanäle miteinander zu kombinieren.

Des weiteren ist es nicht zwingend erforderlich nur den zentralen Zu- und Abführkanal zur Führung des Betriebsmediums in weitere miteinander über Verbindungskanäle gekoppelte Zu- und Abführkanäle zu unterteilen. Es besteht auch die Möglichkeit dies zusätzlich oder nur mit dem zentralen Zu- und Abführkanal für das Kühlmedium zu tun.

Die Fig. 5 verdeutlicht ein Anwendungsbeispiel eines erfindungsgemäß gestalteten Wärmetauschers 1 in einer Antriebsanordnung 30. Diese weist eine Verbrennungskraftmaschine 31, ein Getriebe 32 und einen hydrodynamischen Retarder 33 auf. Der Retarder 23 befindet sich mit dem Getriebe 32, insbesondere der Abtriebswelle 34 in ständiger Triebverbindung. Im dargestellten Fall steht der Retarder 33 über einen Hochtrieb 35 in ständiger Drehverbindung. Dem Wärmetauscher 1 und dem Motor 31 ist ein gemeinsamer Kühlmittelkreislauf 36 zugeordnet. Das Kühlmedium im Kühlmittelkreislauf 36 wird hier über einen Kühler 44 geführt und von Pumpe 45 angetrieben.

Die Leitung 37 des Kühlkreislaufes 36 mündet dabei am Eingang 39 des Wärmetauschers 1 in einen ersten, hier im einzelnen nicht dargestellten zentralen Zuführkanal. Das Kühlmittel wird über die Verbindungskanäle, welche den ersten zentralen Zuführkanal mit dem ersten zentralen Ablaufkanal verbinden, am Ausgang 40 des Wärmetauschers 1 in die Leitung 41 ausgegeben. Das Kühlmittel durchläuft im Wärmetauscher die Verbindungskanäle und kühlt dabei gleichzeitig die in den Betriebsmittelkreisläufen 41, 42 und 43 geführten Betriebsmedien.

Die Kreisläufe 41 und 42 sind dabei dem hydrodynamischen Retarder 33 zugeordnet. Der Kreislauf 41 wird dabei über einen zweiten zentralen Zuführkanal, die Verbindungskanäle und einen zweiten ebenfalls im einzelnen nicht dargestellten zweiten zentralen Abführkanal geführt. Das Betriebsmittel im Kreislauf 42 wird im Wärmetauscher über einen dritten, hier nicht dargestellten zentralen Zuführkanal, die Verbindungskanäle und einen dritten zentralen Abführkanal geführt. Die Leitungsabschnitte der Kreisläufe zu den zentralen Zuführkanälen sind jeweils mit a bezeichnet, die Leitungsabschnitte von den zentralen Abführkanälen zum Retarder 33 sind mit b bezeichnet.

Der Kreislauf 43 wird vom Schmiermittelkreislauf des Getriebes 32 gebildet. Das Schmieröl wird im Wärmetauscher von einem vierten zentralen Zuführkanal über die Verbindungskanäle zu einem vierten zentralen Abführkanal geführt.

Durch entsprechende, hier im einzelnen nicht dargestellte Ausführung der zentralen Zu- und Ablaufkanäle und Integration entsprechender rohrförmiger Elemente, beispielsweise wie in einer der Fig. 1 bis 4, sind hier der weitere dritte und vierte Zu- und Abführkanal vom zweiten zentralen Zu- und Abführkanal abgeteilt. Andere Möglichkeiten sind denkbar.

Claims

1. Wärmetauscher

1.1 mit jeweils zwei zentralen Zuführ- und Abführkanälen für ein Betriebsmedium und ein Kühlmedium;
1.2 jeder Zuführkanal ist jeweils über eine Vielzahl von Verbindungskanälen mit dem Abführkanal gekoppelt;
1.3 die Verbindungskanäle für das Betriebsmedium und das Kühlmedium sind im wesentlichen wechselweise übereinander angeordnet;

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

1.4 in wenigstens einem zentralen Zuführkanal und dem zugehörigen Abführkanal ist ein rohrförmiges Element zur Abtrennung wenigstens eines weiteren dritten Zu- und Abführkanales vorgesehen, wobei der zentrale Zu- und Abführkanal frei von Verbindungskanälen ist, welche den dritten Zu- und Abführkanal miteinander verbinden.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

2.1 das rohrförmige Element weist wenigsten über einen Teil seiner Erstreckung in Richtung der Zu- und Abführkanäle einen geringeren Außendurchmesser als der Innendurchmesser von Zu- bzw. Abführkanal auf;
2.2 im Bereich seines in den Zu- bzw. Abführkanal hineinreichenden Endes ist das rohrförmige Element wenigstens mittelbar mit wenigstens einem, der die Verbindungskanäle bildenden Elemente verbunden.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

3.1 das rohrförmige Element weist wenigstens zwei Bereiche unterschiedlichen Durchmessers auf, einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich;
3.2 der zweite Bereich bildet den Endbereich und weist einen Außendurchmesser auf, welcher dem Innendurchmesser der zentralen Zu- und Abfuhrleitung entspricht.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Endbereich des rohrförmigen Elementes zu verbindende, und einen Verbindungskanal mit beschreibende Element wenigstens eine größere axiale Erstreckung aufweist als die Elemente, welche die benachbarten Verbindungskanäle für den dritten Zu- und Abführkanal bilden.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Endbereich des rohrförmigen Elementes ein scheibenförmiges Element zugeordnet ist, welches den Zwischenraum zwischen Außenumfang des rohrförmigen Elementes und der Innenwand des zentralen Zu- bzw. Abführkanales ausfüllt.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

6.1 es sind eine Mehrzahl von rohrförmigen Elementen zur Abtrennung einer Mehrzahl von Zu- und Abführkanälen vom zentralen Zu- und Abführkanal vorgesehen;
6.2 die rohrförmigen Elemente unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Länge und ihres Durchmessers;
6.3 die rohrförmigen Elemente sind ineinander angeordnet, wobei sich mit zunehmender Länge der Außendurchmesser verringert;
6.4 jeder der abgetrennten Zu- und Abführkanäle ist mit einer entsprechenden Leitungseinrichtung koppelbar.

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Zu- und Abführkanal der zur Führung des Betriebsmediums ist.

8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

8.1 wenigstens einer der Zu- und Abführkanäle ist mittels einem Trennelement in wenigstens zwei Bereiche unterteilt:
8.2 der durch die Trennscheibe entstehende Kanalteil ist ebenfalls mit einer Leitungseinrichtung koppelbar.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Elemente beidseitig des Trennelementes in die Zu- und Abführkanäle angeordnet werden.

10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungskanäle von jeweils zwei einander gegenüberliegenden Platten gebildet werden.

11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungskanäle von Rohren unterschiedlicher Ausführungsform gebildet werden.

12. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einigen der Verbindungskanäle zur Führung des Betriebsmediums Turbulatoren angeordnet sind.

13. Verwendung eines Wärmetauschers gemäß der Ansprüche 1 bis 12 in einem Antriebssystem mit den folgenden Merkmalen:

13.1 mit einem Motor und einem Getriebe;
13.2 mit einem hydrodynamischen Retarder;
13.3 mit einem ersten Kreislauf für ein Betriebsmittel des Retarders;
13.4 mit einem zweiten Kreislauf für ein Betriebsmittel des Retarders;
13.5 mit einem dritten, dem Getriebe zugeordneten Kreislauf;
13.6 mit einem vierten Kreislauf für ein Kühlmittel des Motors, welcher die Betriebsmittel im ersten bis dritten Kreislauf wenigstens mittelbar kühlt.