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Die Erfindung betrifft ein Wärmeaustauschernetz mit einem Stapel aus Endplatten und Trennplatten sowie zwischen diesen angeordneten Abstandhaltern zur Bildung von gegeneinander abgedichteten Kammern für wenigstens zwei Medien.
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Wärmeaustauschernetze werden häufig in Plattenbauweise hergestellt (z. B.
DE 20 2004 011 489 U1 ), indem aus Platten und diese auf Abstand haltenden Abstandhaltern in Form von einzelnen Profilen oder Leisten ein Stapel gebildet wird, der gegeneinander abgedichtete Kammern aufweist, die von wenigstens zwei Wärme austauschenden, insbesondere flüssigen Medien durchströmt werden sollen. Die verschiedenen Bauteile des Stapels werden z. B. durch Löten miteinander verbunden und gegeneinander abgedichtet. Das fertige Netz wird dann durch Schweißen an Sammelkästen befestigt, die der Zu- bzw. Abführung der Medien dienen. Eine derartige Bauweise ist wegen der zahlreichen unterschiedlichen Bauteile mit einem hohen Montageaufwand und vergleichsweise großen Materialkosten verbunden und erfordert wegen der zusätzlichen Anbringung der Sammelkästen einen vergrößerten Bauraum.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile sind Wärmeaustauschernetze bekannt, die nach Art von Schalenkühlern mit integrierten Sammelräumen versehen sind (z. B.
DE 196 28 561 D1 ,
DE 202 10 209 U1 ). Die integrierten Sammelräume werden aus in den Platten befindlichen und aufeinander ausgerichteten Durchgängen gebildet, die jeweils nur mit zugeordneten, zur Aufnahme eines der Medien bestimmten Kammern strömungsmäßig in Verbindung stehen. Die Abdichtung der Kammern und der Durchgänge erfolgt hier durch zwischen den Platten angeordnete, ring- oder scheibenförmige Abstandhalter, die gleichzeitig als Dichtmittel wirken. Auch Wärmeaustauschernetze dieser Art bestehen aus zahlreichen Einzelteilen und sind außerdem hinsichtlich ihrer Lagestabilität problematisch, wenn nicht zwischen den Platten zusätzliche und speziell zugeschnittene Turbulatoreinlagen od. dgl. vorgesehen werden.
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Schließlich ist ein Wärmeaustauschernetz der zuletzt beschriebenen Art bekannt (
DE 10 2007 021 708 A1 ), dessen Plattenstapel abwechselnd aus gestanzten Trennplatten und zwischen diesen angeordneten, gleichzeitig als Dichtmittel wirkenden und ebenfalls gestanzten Abstandhaltern gebildet ist, die aus einstückigen Rahmen bestehen, die jeweils eine für das eine oder andere Medium bestimmte Kammer begrenzen. Die Rahmen für das eine Medium, z. B. Kühlwasser, sind außerdem mit nach innen, d. h. in die Kammern ragenden Leisten versehen, um dadurch das betreffende Medium bei der Durchströmung dieser Kammern zwangsweise mehrfach umzulenken. Als Sammelkästen für diese Medien dienen wie bei den anderen, analog zur Schalenbauweise hergestellten Wärmeaustauschernetzen jeweils in den Trennplatten ausgebildete Durchgänge, während für das zweite Medium, z. B. Ladeluft eines Kraftfahrzeugmotors, entweder keine oder bei Bedarf übliche Sammelkästen vorgesehen sind. Die Materialkosten und der Arbeitsaufwand beim Zusammenbau des Stapels sind in diesem Fall vergleichsweise gering, da nur eine Mehrzahl von Platten übereinander gelegt und dann durch Löten od. dgl. miteinander verbunden werden braucht.
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Die zuletzt beschriebenen und ähnliche Wärmeaustauschernetze ermöglichen zwar durchweg einen guten Wärmeaustausch, bewirken aber bei ihrer Anwendung immer dann Schwierigkeiten, wenn für an sich baugleiche Wärmeaustauschernetze aufgrund von speziellen Einbausituationen in unterschiedlichen Kraftfahrzeugtypen od. dgl. ganz unterschiedliche Anforderungen an die Lage der Ein- und/oder Auslassöffnungen gestellt werden, durch welche die Medien dem Wärmeaustauschernetz zugeführt oder entnommen werden sollen. Wegen des häufig sehr geringen zur Verfügung stehenden Bauraums sind daher in diesen Fällen Wärmeaustauschernetze erforderlich, deren Einlass- und Auslassöffnungen individuell an den jeweiligen Anwendungszweck angepasst sind. Dazu müssen zumindest die End- und Trennplatten mit individuell angebrachten Durchgängen versehen werden. Das erfordert die Bereitstellung von unterschiedlichen Werkzeugen für die Herstellung der End- und Trennplatten, weshalb den Vorteilen der mit integrierten Sammelräumen versehenen Wärmeaustauschernetze unerwünschte Nachteile bei der Fertigung gegenüberstehen.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht das technische Problem der Erfindung darin, das Wärmeaustauschernetz der eingangs bezeichneten Gattung so auszubilden, dass es zwar ebenfalls aus wenigen unterschiedlichen Bauteilen zusammengesetzt, jedoch mit Einlass- und/oder Auslassöffnungen versehen werden kann, deren Lage auf einfache Weise entsprechend den gestellten Anforderungen veränderbar ist. Außerdem soll das Wärmeaustauschernetz mit geringen Änderungen auch zum Wärmeaustausch zwischen zwei, drei oder mehr Medien eingerichtet werden können.
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Gelöst wird dieses Problem erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
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Die Erfindung sieht einerseits vor, zwischen den Trennplatten jeweils Abstandhalter vorzusehen, die aus rundum von Leisten begrenzten, einstückigen Rahmen bestehen, und andererseits die Trennplatten und die Leisten mit schlitzförmigen Durchgängen zu versehen, die entweder geschlossene Sammelräume für die verschiedenen Medien bilden oder zu zwischen den Trennplatten gebildeten, von den Medien zu durchströmenden Kammern hin geöffnet sind, um ein Einströmen der Medien in die Kammern und ein Ausströmen der Medien aus den Kammern zu ermöglichen. Die schlitzförmig ausgebildeten Durchgänge erlauben es, die Endplatten mit Einlass- und/oder Auslassöffnungen zu versehen, deren Lagen in den Grenzen der jeweiligen Schlitzlängen veränderbar sind. Daher kann der Stapel aus Trennplatten und Abstandhaltern mit zahlreichen, unterschiedliche Anordnungen von Einlass- und/oder Auslassöffnungen aufweisenden Endplatten kombiniert werden. Außerdem können Wärmeaustauschernetze für mehr als zwei Medien einfach dadurch geschaffen werden, dass die Abstandhalter bzw. Rahmen durch Trennleisten in zwei oder mehr Kammern unterteilt werden.
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Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen aus Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 und 2 je eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen, für zwei Medien bestimmten und Anschlusselemente aufweisenden Wärmeaustauschernetzes schräg von oben und unten;
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3 und 4 je eine obere und untere Endplatte des Wärmeaustauschernetzes nach 1 und 2 in einem verkleinerten Maßstab;
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5 eine gegenüber 1 und 2 verkleinerte Draufsicht auf eine Trennplatte des Wärmeaustauschernetzes;
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6 und 7 gegenüber 1 und 2 verkleinerte Draufsichten auf je einen Abstandhalter des Wärmeaustauschernetzes;
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8 schematisch das Wärmeaustauschernetz nach 1 und 2 in einer auseinander gezogenen Darstellung;
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9 bis 16 den 1 bis 8 entsprechende Ansichten eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen, für drei Medien bestimmten Wärmeaustauschernetzes und seiner Einzelteile;
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17 bis 24 den 1 bis 8 entsprechende Ansichten eines dritten Ausführungsbeispiels, eines erfindungsgemäßen, für vier Medien bestimmten Wärmeaustauschernetzes und seiner Einzelteile; und
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25 bis 32 Varianten des in 9 bis 16 gezeigten Wärmeaustauschernetzes in je einer perspektivischen Ober- und Unteransicht, wobei Anschlusselemente für die Medien an unterschiedlichen Stellen vorgesehen sind.
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1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschernetzes. Dieses enthält einen Stapel 1, der aus übereinander gelegten Trennplatten 2 (5) und abwechselnd zwischen je zwei Trennplatten 2 angeordneten Abstandhaltern 3 bzw. 4 nach 6 und 7 besteht und an den Enden mit Endplatten 5 und 6 (3 und 4) versehen ist. Die Trennplatten 2, Abstandhalter 3, 4 und Endplatten 5, 6 haben vorzugsweise gleich große und quadratische oder rechteckige Außenkonturen sowie durch ihre Mitte verlaufende Längsachsen 7 bis 11, die im Falle rechteckiger Konturen parallel zu einer langen Rechteckseite erstreckt sind, wie 3 bis 7 zeigen.
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Die Endplatten 5 und/oder 6 sind mit Einlass- und/oder Auslassöffnungen 12a bis 12d (8) versehen, auf die Anschlusselemente 14 in Form von Rohrstutzen od. dgl. aufgesetzt werden, um die das Wärmeaustauschernetz durchströmenden Medien zu- oder wegzuführen. Im Ausführungsbeispiel ist die Endplatte 5 mit je zwei derartigen Einlassöffnungen 12a und 12c und zwei Auslassöffnungen 12b und 12d versehen, während die Endplatte 6 keine derartige Öffnung 12 aufweist.
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Die Trennplatten 2 weisen in gegenüberliegenden, zu den Längsachsen 9 parallelen und an Seitenkanten 15 grenzenden Randbereichen erste Durchgänge 16 auf, deren Zahl von der Zahl der das Wärmeaustauschernetz durchströmenden Medien abhängt. Im Ausführungsbeispiel sind in jeden Randbereich zwei derartige erste Durchgänge 16 vorhanden. Alle ersten Durchgänge 16 sind durch rundum geschlossene Ränder 17 begrenzt.
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Eine erste Art von zwischen je zwei Trennplatten 2 angeordneten Abstandhaltern 3 besteht gemäß 6 aus einstückigen Rahmen, die rundum von Leisten 18 und 19 begrenzt sind, wobei die Leisten 18 parallel und die Leisten 19 senkrecht zu den Längsachsen 10 angeordnet sind und einen rundum geschlossenen Rahmen bilden.
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Während die Leisten 19 vergleichsweise schmal sind, haben die Leisten 18 eine größere Breite. Außerdem sind in diesen Leisten 18 zweite Durchgänge 20 und 21 ausgebildet, wobei analog zu den Trennplatten 2 in jeder Leiste 18 je ein zweiter Durchgang 20 und 21 vorgesehen ist. Jeweils zwei einander gegenüber liegende zweite Durchgänge, z. B. 20, sind durch rundum geschlossene Ränder 22 begrenzt. Dagegen sind die zwei anderen zweiten Durchgänge, z. B. 21, durch Ränder 23 begrenzt, die zwar ebenfalls im Wesentlichen rundum geschlossen, aber mit Durchtrittsspalten 24 versehen sind, die zu Innenräumen der Rahmen bzw. zu Kammern 25 führen, die einerseits von den Leisten 18, 19 der Rahmen umschlossen und andererseits nach oben und unten durch im Stapel 1 benachbarte Trenn- oder Endplatten 2, 5 oder 6 begrenzt sind. Mit anderen Worten stellen die Durchtrittsspalte 24 jeweils Öffnungen dar, die eine strömungsmäßige Verbindung zwischen den zweiten Durchgängen 21 und den Kammern 25 herstellen, die von einem ersten Medium, z. B. dem Kühlwasser eines Kraftfahrzeugs, durchströmt werden.
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Die Abstandhalter 4 einer zweiten Art sind weitgehend analog zu den Abstandhaltern 3 ausgebildet und bestehen aus durch die Leisten 26, 27 gebildeten, einstückigen Rahmen. In den vergleichsweise breiten Leisten 26 sind je zwei dritte Durchgänge 28 und 29 ausgebildet, wobei zwei einander gegenüberliegende dritte Durchgänge, z. B. 28, durch rundum geschlossene Ränder 30 begrenzt sind. Dagegen sind die beiden anderen Durchgänge, z. B. 29, durch Ränder 31 begrenzt, die zwar ebenfalls im Wesentlichen rundum geschlossen, aber mit Durchtrittsspalten 32 versehen sind, die zu den Innenseiten der Rahmen bzw. zu Kammern 33 führen, die einerseits von den Leisten 26, 27 der Rahmen umschlossen und andererseits nach oben und unten durch im Stapel 1 benachbarte Trenn- oder Endplatten 2, 5 oder 6 begrenzt sind. Die Durchtrittsspalte 32 schaffen somit strömungsmäßige Verbindungen zwischen den zweiten Durchgängen 29 und den Kammern 33, die von einem zweiten Medium, z. B. dem Motoröl eines Kraftfahrzeugs, durchströmt werden. Im Übrigen weisen alle schlitzförmigen Durchgänge 16, 20, 21, 28 und 29 vorzugsweise Längsachsen auf, die parallel zu den Längsachsen 10 und 11 der Abstandhalter 3, 4 und im fertigen Stapel 1 auch parallel zu den Längsachsen 7 bis 9 der Trennplatten 2 und Endplatten 5, 6 angeordnet sind.
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Wie 6 und 7 weiter zeigen, liegen die beiden Durchtrittsspalte 24 des Abstandhalters 3 und die beiden Durchtrittsspalte 32 des Abstandhalters 4 vorzugsweise einander diagonal gegenüber. Im Ausführungsbeispiel sind z. B. die Durchtrittsspalte 24 in 6 links oben bzw. rechts unten, die Durchtrittsspalte 32 dagegen rechts oben und links unten angeordnet, so dass die Medien beispielsweise in Richtung der eingezeichneten Pfeile durch die Kammern 25, 33 strömen können. Schließlich zeigen insbesondere 5 und 7, dass die schlitzförmigen Durchgänge 16, 20, 21, 28 und 29 alle im Wesentlichen gleich groß und so lang sind, dass sie sich nicht ganz über die halbe Länge der Trennplatten 2 und Abstandhalter 3, 4 erstrecken. Außerdem ist die Lage der Durchgänge 16, 20, 21, 28 und 29 so gewählt, dass sie bei der Stapelbildung vorzugsweise bündig und koaxial übereinander zu liegen kommen. Insgesamt sind die Abstandhalter 3 und 4, wie 6 bis 8 zeigen, vorzugsweise baugleich, jedoch im Stapel um eine Längsachsen 10 bzw. 11 um 180° gedreht angeordnet.
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Die Stapelbildung erfolgt nach 8 beispielsweise dadurch, dass auf die untere Endplatte 6 nacheinander eine Trennplatte 2, dann ein Abstandhalter 3, dann eine weitere Trennplatte 2, dann ein Abstandhalter 4 und dann wieder abwechselnd Trennplatten 2 und Abstandhalter 3 bzw. 4 aufgelegt werden, bis schließlich die obere Endplatte 5 auf die oberste Trennplatte 2 des Stapels 1 aufgelegt wird. Die Längsachsen 7 bis 11 kommen dabei übereinander in einer Ebene zu liegen. Anschließend werden die beschriebenen Teile durch Löten od. dgl. flüssigkeitsdicht miteinander verbunden. Mit besonderem Vorteil werden die Endplatten 5 und 6, die Trennplatten 2 und die Abstandhalter 3 und 4 aus einem Metallblech, insbesondere Aluminiumblech hergestellt und die Trennplatten 2 beidseitig lotplattiert, so dass keine weiteren Lötmittel erforderlich sind. Außerdem werden die Endplatten 5 und 6, die Trennplatten 2 und die Abstandhalter 3 und 4 vorzugsweise einstückig aus dem Metallblech geformt, beispielsweise durch Stanzen, Lasern oder Wasserstrahlschneiden.
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Im fertigen Wärmeaustauschernetz sind sowohl die schlitzförmigen, zweiten Durchgänge 20 und 21 als auch die schlitzförmigen, dritten Durchgänge 28 und 29 bündig und koaxial auf die schlitzförmigen, ersten Durchgänge 16 ausgerichtet. Dadurch sind gemäß 8 z. B. ein Teil der Durchgänge 16 sowie die Durchgänge 21 und 28 einerseits und der andere Teil der Durchgänge 16 sowie die Durchgänge 22 und 29 andererseits so übereinander angeordnet, dass sie je einen Sammelraum für eines der beiden Wärmeaustauschermedien bilden, wobei der durch die Durchgänge 16, 21 und 28 gebildete Sammelraum durch die Durchtrittsspalte 24 hindurch nur zu den Kammern 25 hin und der durch die Durchgänge 16, 22 und 29 gebildete Sammelraum durch die Durchtrittsspalte 32 hindurch nur zu den Kammern 33 hin geöffnet ist. Außerdem ist im Ausführungsbeispiel die Endplatte 5 derart mit den Einlass- und/oder Auslassöffnungen 12a bis 12d versehen, dass diese ebenfalls auf je einen ersten Durchgang 16 der anliegenden Trennplatte 2 ausgerichtet sind, wohingegen die andere Endplatte 6 keine Einlass- oder Auslassöffnung 12 aufweist. Aufgrund dieser Anordnung kann z. B. das erste Medium durch die Einlassöffnung 12a zugeführt und durch die Auslassöffnung 12b wieder abgeführt werden, wobei es nacheinander auf die Einlassöffnungen 12a ausgerichtete erste, dritte und zweite Durchgänge 16, 28 und 21 durchströmt. Aus den Durchgängen 21 gelangt dieses Medium mittels der Durchtrittsspalte 24 in die zugehörigen Kammern 25, durchströmt diese und verlässt sie durch die Durchtrittsspalte 24 in den diagonal gegenüberliegenden Durchgängen 21. Durch diese und die mit ihnen verbundenen, rundum geschlossenen Durchgänge 16 und 28 gelangt das Medium dann zu der Auslassöffnung 12b in der Endplatte 5. In entsprechender Weise kann das zweite Medium z. B. durch die Einlassöffnung 12c eingeführt werden, von wo aus es durch die Durchgänge 16, 29 und 20 gebildete Sammelräume durchströmt, mittels der Durchtrittsspalte 32 in die zugehörigen Kammern 33 gelangt und diese durch die diagonal gegenüberliegenden Durchtrittsspalte 32 wieder verlässt, um von dort durch die auf dieser Seite angeordneten Durchgänge 29, 20 und 16 zurück zur Auslassöffnung 12d zu strömen. Somit sind die geschlossenen Durchgänge 20 an der Bildung der Sammelräume für das zweite Medium und die geschlossenen Durchgänge 28 an der Bildung der Sammelräume für das erste Medium beteiligt, während die mit den Durchtrittsspalten 24, 32 versehenen Durchgänge 21, 29 jeweils dazu dienen, das erste bzw. zweite Medium durch die von den Abstandhaltern 3, 4 und den anliegenden Trennplatten 2 gebildeten und flüssigkeitsdicht abgeschlossenen Kammern 25, 33 zu führen.
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Zur Vergrößerung der mechanischen Steifigkeit der Abstandhalter 3 und 4 und damit des gesamten Wärmeaustauschernetzes sind vorzugsweise zumindest einige der rundum geschlossenen zweiten Durchgänge 20 und 28 durch quer zu den Längsachsen 10 bzw. 11 erstreckte, als Zuganker wirkende Verbindungsstege in zwei Hälften unterteilt. Das ist in 6 unten links für einen mit einem Verbindungssteg 34 versehenen Durchgang 20 und in 7 oben links für einen mit einem Verbindungssteg 35 versehenen Durchgang 28 gezeigt. Die dadurch bewirkte Verkleinerung der Querschnitte der Durchgänge 20, 28 ist nicht kritisch, da die Ein- und Auslassöffnungen 12a bis 12d, die Anschlusselemente 14 und die Durchtrittsspalte 24, 32 ohnehin kleinere Strömungsquerschnitte als die schlitzförmigen Durchgänge aufweisen.
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Während das Wärmeaustauschernetz nach 1 bis 8 zum Wärmeaustausch zwischen zwei Medien wie z. B. dem Motoröl eines Kraftfahrzeugmotors und dem Kühlwasser des Kraftfahrzeugs eingerichtet ist, dient das Wärmeaustauschernetz nach 9 bis 16 zum Wärmeaustausch zwischen drei Medien. Als drittes Medium kommt z. B. das Getriebeöl des Kraftfahrzeugs hinzu, das mit demselben Kühlwasser wie das Motoröl gekühlt werden soll.
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In 9 bis 16 sind im Wesentlichen dieselben Bauteile wie in 1 bis 8 vorhanden. Daher sind diese Bauteile in 9 bis 16 mit denselben, jedoch um den Buchstaben ”a” ergänzten Bezugsnummern versehen, was insbesondere für Trennplatten 2a, Endplatten 5a, 6a und Abstandhalter 3a und 4a gilt. Im Unterschied zu 1 bis 8 weist die obere Endplatte 5a drei statt nur zwei Einlassöffnungen 12a, 12c und 12e und drei Auslassöffnungen 12b, 12d und 12f sowie mit diesen verbundene Anschlusselemente 14 auf (16). Außerdem sind die Trennplatten 2a in jedem an Seitenkanten 15a (13) grenzenden Randbereich mit je drei statt nur mit zwei ersten, schlitzförmigen Durchgängen 16a versehen, die durch rundum geschlossene Ränder 17a begrenzt sind.
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Weiterhin sind hier wiederum zwei Arten von rahmenförmigen Abstandhaltern 3a und 4a vorgesehen.
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Eine erste Art von Abstandhaltern 3a entspricht im Wesentlichen den Abstandhaltern 3, allerdings mit dem Unterschied, dass in parallel zur Längsachse 10a verlaufenden Leisten 18a je zwei zweite Durchgänge 20a, die durch rundum geschlossene Ränder 22a begrenzt sind, und je ein zweiter Durchgang 21a vorhanden sind, der mit einem Durchtrittsspalt 24a versehen und damit zu einer vom Rahmen umschlossenen Kammer 25a hin offen ist. Die beiden Durchgänge 21a liegen sich vorzugsweise diagonal gegenüber, wie 14 zeigt.
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Eine zweite Art von rahmenförmigen Abstandhaltern 4a ist in zur Längsachse 11a parallelen Leisten 26a mit je einem dritten Durchgang 28a, der rundum durch geschlossene Ränder 30a begrenzt ist, und zwei dritten Durchgängen 29a1 und 29a2 versehen, die je einen zur Innenseite des Rahmens hin geöffneten Durchtrittsspalt 32a1 bzw. 32a2 aufweisen. Die Durchtrittsspalte 32a1 führen in eine erste Kammer 33a1, die Durchtrittsspalte 32a2 dagegen in eine zweite Kammer 33a2. Die beiden Kammern 33a1, 33a2 sind durch eine zwischen den Leisten 26a erstreckte Trennleiste 36 flüssigkeitsdicht voneinander getrennt, wie 15 zeigt, und im Übrigen wie die Kammern 25 und 33 von beidseitig anliegenden Trennplatten 2a flüssigkeitsdicht geschlossen. Vorzugsweise ist die Anordnung außerdem so getroffen, dass die beiden Kammern 33a1 und 33a2 gleich groß sind und sich sowohl die beiden Durchgänge 32a1 als auch die beiden Durchgänge 32a2 innerhalb dieser Kammern 33a1 und 33a2 diagonal gegenüberliegen, wie 15 ebenfalls zeigt. Mögliche Strömungsrichtungen für die drei die Kammern 25a, 33a1 und 33a2 durchströmenden Medien sind in 14 und 15 beispielhaft durch Pfeile angedeutet.
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Der Zusammenbau der Bauteile nach 11 bis 15 erfolgt z. B. in der aus 16 ersichtlichen Weise. Auf die untere Endplatte 6a werden nacheinander eine Trennplatte 2a, dann ein Abstandhalter 4a, dann wieder eine Trennplatte 2a, danach ein Abstandhalter 3a und dann im gleichen Wechsel weitere Trennplatten 2a und Abstandhalter 3a, 4a aufgelegt, bis der Stapel 1a durch die auf der letzten Trennplatte 2a aufliegende, obere Endplatte 5a vervollständigt wird. Die verschiedenen Bauteile des so gebildeten Stapels 1a werden dann vorzugsweise durch Löten und in derselben Weise zu einem kompakten Wärmeaustauschernetz miteinander verbunden, wie oben anhand der 8 beschrieben ist.
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Im fertigen Wärmeaustauschernetz sind die zweiten und dritten Durchgänge 20a, 21a, 28a, 29a1 und 29a2 vorzugsweise bündig und koaxial auf die ersten Durchgänge 16a ausgerichtet. Dadurch bilden die Durchgänge 20a, 29a1 mit zugeordneten Durchgängen 16a jeweils einen Sammelraum für ein erstes Medium, die Durchgänge 29a2 mit weiteren Durchgängen 20a und zugeordneten Durchgängen 16a jeweils einen Sammelraum für ein zweites Medium und die Durchgänge 21a mit zugeordneten Durchgängen 28a und 16a jeweils einen Sammelraum für ein drittes Medium. Analog zu 1 bis 8 kann das erste Medium, z. B. Öl, durch die Durchtrittsspalte 32a1 hindurch die Kammern 33a1, das zweite Medium, z. B. Öl, durch die Durchtrittsspalte 32a2 hindurch die Kammern 33a2 und das dritte Medium, z. B. Kühlwasser, durch die Durchtrittsspalte 24a hindurch die Kammern 25a durchströmen.
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Zumindest ausgewählte zweite Durchgänge 20a sind analog zu 1 bis 8 zweckmäßig mit die Stabilität erhöhenden Verbindungsstegen 34a (14) versehen.
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Die beschriebene Konstruktion des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschernetzes ermöglicht zahlreiche weitere Konfigurationen. In 17 bis 24 ist z. B. ein Wärmeaustauschernetz gezeigt, dessen Bauteile mit denselben Bezugsnummern wie in 1 bis 8, jedoch zusätzlich mit dem Buchstaben ”b” versehen sind. Das Wärmeaustauschernetz nach 17 bis 24 unterscheidet sich hauptsätzlich dadurch vom Wärmeaustauschernetz nach 9 bis 16, dass es zur Durchströmung von vier Medien eingerichtet ist, wobei als viertes Medium z. B. das Kupplungsöl eines Kraftfahrzeugs hinzukommt. Daher enthalten in 17 bis 24 Endplatten 5b und 6b je vier, mit Anschlusselementen 14 verbundene Einlass- und Auslassöffnungen 12 (24) und die Trennplatten 2b in jeden an Seitenkanten 15b grenzenden Randbereich je vier schlitzartige Durchgänge 16b. Außerdem sind zwei Arten von rahmenförmigen Abstandhaltern 3b und 4b vorgesehen. Die Abstandhalter 3b gemäß 22 entsprechen den Abstandhaltern 3a nach 14 bis auf den Unterschied, dass sie in jeder Leiste 18b je vier statt nur drei zweite Durchgänge 20b bzw. 21b aufweisen, wobei sich die Durchgänge 21b diagonal gegenüberliegen und von Rändern begrenzt sind, die Durchtrittsspalte 24b aufweisen, die zu von den Abstandhaltern 3b umschlossenen Kammern 25b führen. Dagegen unterscheiden sich die Abstandhalter 4b von denen nach 15 dadurch, dass sie einerseits in jeder Leiste 26b je vier statt nur drei dritte Durchgänge 28b, 29b1, 29b2 und 29b3 aufweisen, wobei der Durchgang 28b rundum geschlossen ist, während die Durchgänge 29b1 bis 29b3 durch je einen mit einem Durchtrittsspalt 32b1, 32b2 bzw. 32b3 versehenen Rand begrenzt sind. Die Durchtrittsspalte 32b1 bis 32b3 führen in je eine Kammer 33b1, 33b2 und 33b3, wobei die Kammern 33b1 und 33b2 durch eine die gegenüberliegenden Leisten 26b verbindende Trennleiste 37 und die Kammern 33b2 und 33b3 durch eine entsprechende Trennleiste 38 flüssigkeitsdicht voneinander getrennt sind.
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In analoger Weise könnte die zweite Art von Abstandhaltern 4b mit mehr als drei Kammern für mehr als drei unterschiedliche Medien versehen sein, d. h. die Abstandhalter 4a, 4b können je nach Bedarf mit wenigstens zwei oder mehr Kammern versehen werden.
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Die Montage der beschriebenen Teile erfolgt, wie 24 zeigt, analog zu 16 durch nacheinander und abwechselnd erfolgendes Stapeln der Trennplatten 2b und der verschiedenen Abstandhalter 3b und 4b, Versehen des erhaltenen Stapels 1b mit den Endplatten 5b und 6b und anschließendes Verlöten der Bauteile unter Bildung eines Wärmeaustauschernetzes, das zur Durchströmung von vier Medien geeignet ist und wie die anderen Ausführungsbeispiele integrierte, durch die ersten, zweiten und dritten Durchgänge gebildete Sammelräume für die vier Medien aufweist.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Einlass- und Auslassöffnungen 12 aufgrund der schlitzförmigen Durchgänge 16, 20, 21, 28 und 29 in den Grenzen, die durch die jeweilige Schlitzlänge gegeben ist, an ganz unterschiedlichen Orten der Endplatten 5 und 6 vorgesehen werden können. Außerdem können die Einlass- und Auslassöffnungen 12 und die Anschlusselemente 14 wahlweise an der oberen und/oder unteren Endplatte 5 bzw. 6 vorgesehen werden. Das ist in 25 bis 32 anhand des Ausführungsbeispiels nach 9 bis 16 gezeigt.
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Beim Ausführungsbeispiel nach 25 und 26 ist die obere Endplatte 5a mit zwei Anschlusselementen 39a, 39b zum Ein- und Auslass des ersten Mediums und mit Anschlusselementen 39c, 39d zum Ein- und Auslass des zweiten Mediums versehen. Dagegen sind zwei Anschlusselemente 39e, 39f zum Ein- und Auslass des dritten Mediums mit der unteren Endplatte 6a verbunden. In 27, 28 sind z. B. Anschlusselemente 40a, 40c und 40e zum Einlass der drei Medien an der oberen Endplatte 5a und Anschlusselemente 40b, 40d und 40f für den Auslass der drei Medien an der unteren Endplatte 6a vorgesehen, wobei die Anschlusselemente 40a, 40b bzw. 40c, 40d und 40e, 40f paarweise jeweils dem ersten, zweiten bzw. dritten Medium zugeordnet sind. Weitere Möglichkeiten für die Lage von Anschlusselementen (und natürlich auch der Ein- und Auslassöffnungen 12) sind aus 29, 30 und 31, 32 ersichtlich. Außerdem können alle Anschlusselemente 39, 40 und die ihnen zugeordneten Einlass- und Auslassöffnungen 12 in den Endplatten 5a und 6a, wie bereits erwähnt wurde, in Richtung der Längsachse 9a so weit versetzt angeordnet werden, wie dies aufgrund der Längen der schlitzförmigen, ersten Durchgänge 16a (13) und der auf diese ausgerichteten, zweiten und dritten Durchgängen 20a, 21a und 28a, 29a möglich ist. Dadurch wird der Vorteil erzielt, dass mit denselben Trennplatten 2a und Abstandhaltern 3a und 4a (13 bis 15) zahlreiche unterschiedliche Anordnungsmuster für die Anschlusselemente 39, 40 möglich sind, so dass nur an den Einzelfall angepasste Endplatten 5a, 6a gefertigt werden müssen. Entsprechendes gilt für die anderen Ausführungsbeispiele nach 1 bis 8 und 17 bis 24.
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Zur Erleichterung der Montage der fertigen Wärmeaustauschernetze in einem Kraftfahrzeug od. dgl. sind die Trennwände- und Endplatten 2, 5 und 6 sowie die Leisten 28, 26 der Abstandhalter 3, 4 vorzugsweise mit Montagelöchern 41 (z. B. 1 bis 7) versehen, die im Stapel 1 einen durchgehenden Kanal zur Aufnahme einer Befestigungsschraube od. dgl. bilden. Die Montagelöcher 41 sind zweckmäßig als Langlöcher ausgebildet.
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Weiterhin ist es zur Verbesserung der Wärmeaustauschleistung zweckmäßig, die Kammern 25 und 33 (z. B. 6 und 7) mit in 8, 16 und 24 gezeigten Turbulatoreinlagen 42 zu versehen. Ein Vorteil der beschriebenen Konstruktion besteht insoweit darin, dass den Turbulatoreinlagen 42 jeweils eine der Größe der Kammern 25, 33 entsprechende, quadratische oder rechteckige Außenkontur gegeben werden kann, was in der Fertigung keine aufwändigen Werkzeuge und Arbeitsschritte erfordert.
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Zur weiteren Erleichterung der Montage beim Packen des Stapels 1, 1a und 1b ist vorgesehen, jede Trenn- und Endplatte 2, 5 und 6 sowie jeden Abstandhalter 3, 4 mit wenigstens einer besonders geformten Außenecke zu versehen, die eine andere Kontur als die übrigen Außenecken aufweist, wie z. B. in 5 bis 7 durch je eine spitze Außenecke 43 anstatt der sonst abgerundeten oder abgeschrägten Außenecken 44 angedeutet ist. Diese Außenecken 43 müssen im fertigen Stapel unmittelbar übereinander liegen. Dadurch werden einerseits auf einfache Weise Fehler beim Setzen des Stapels weitgehend vermieden, während andererseits auch noch nach der Bildung des Stapels anhand der von außen sichtbaren Außenecken 43, 44 leicht kontrolliert werden kann, ob alle Bauteile richtig gesetzt wurden.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die auf vielfache Weise abgewandelt werden können. Beispielsweise können die in 15 und 23 gleich groß dargestellten Kammern 33a1, 33a2 bzw. 33b1 bis 33b3 auch unterschiedliche Größen, insbesondere in Richtung der Längsachsen 11a, 11b aufweisen. Die Größe dieser Kammern wird im Einzelfall in Abhängigkeit von der gewünschten Kühlleistung gewählt. Weiterhin ist weitgehend beliebig wählbar, in welche Richtung die Medien durch die verschiedenen Kammern und Sammelräume strömen sollen, d. h. die Pfeile in 6 und 7, 14 und 15 sowie 22 und 22 stellen nur Beispiele dar. Weiter müssen die ersten, zweiten und dritten Durchgänge nicht notwendig an einander gegenüberliegenden Längsrändern angeordnet sein. Möglich wäre z. B., wenigstens zwei für dasselbe Medium bestimmte Durchgänge, z. B. die Durchgänge 29 in 7, in eine senkrecht zur Längsachse 11 angeordnete, entsprechend breit ausgebildete Leiste 27 zu verlegen und zwischen den beiden zugehörigen Durchtrittsspalten 32 eine Trennleiste derart vorzusehen, dass das durch einen Durchtrittsspalt 32 in die Kammer 33 eintretende Medium zuerst in einer Kammerhälfte parallel zur Längsachse 11 bis zur gegenüberliegenden Leiste 27 strömt, dort durch die Trennleiste umgelenkt wird und dann durch die andere Kammerhälfte zum zweiten Durchtrittsspalt 32 zurückströmt. Die Durchgänge in den Trennplatten 2 und den anderen Abstandhaltern 3 könnten entsprechend ausgebildet sein. Als Wärmeaustauschmedien können andere als die beschriebenen Medien, insbesondere Kältemittel, Wasser mit oder ohne Zusatz von Gefrierschutzmitteln sowie gasförmige Medien, insbesondere Luft, sowohl als Kühlmedien als auch als zu kühlende Medien angewendet werden. Weiter ist klar, dass bei der Anwendung von Trennplatten 2, die nicht plattiert sind, die Endplatten 5, 6 jeweils direkt mit einem Abstandhalter 3 oder 4 verbunden und durch ein zusätzliches Lötmittel od. dgl. an diesen befestigt werden können. Weiter ist es möglich, z. B. das Ausführungsbeispiel nach 8 bis 16 so auszubilden, dass auch die Abstandhalter 3a mit je zwei Kammern versehen werden, um z. B. zwei verschiedene Kühlmedien zur Kühlung von zwei verschiedenen, zu kühlenden Medien zu verwenden. Weiter kann vorgesehen sein, die Durchgänge 16, 20, 21, 28 und 29 zumindest teilweise nicht oder nicht nur parallel zu den Längsachsen 9 bis 11 hintereinander, sondern auch quer zu den Längsachsen 9 bis 11 nebeneinander anzuordnen. Außerdem sollte die in Längsrichtung gemessene Länge der Durchgänge 16, 20, 21, 28 und 29 nur wenig kleiner sein, als der Länge der Trenn- und Endplatten, geteilt durch die Zahl der durch das Wärmeaustauschernetz strömenden Medien entspricht (z. B. etwas kleiner als 1/3 der Plattenlänge in 9 bis 24). Weiter können natürlich auch mehr als zwei Arten von Abstandhaltern vorgesehen werden, falls dies zum Zwecke des Wärmeaustauschs erforderlich oder zweckmäßig ist. Schließlich versteht sich, dass die verschiedenen Merkmale auch in anderen als den beschriebenen und dargestellten Kombinationen angewendet werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202004011489 U1 [0002]
- DE 19628561 D1 [0003]
- DE 20210209 U1 [0003]
- DE 102007021708 A1 [0004]
