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Wärmeaustauscher Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher, insbesondere
Ölkühler, für das Schmieröl von Brennkraftmaschinen.
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Es ist bekannt, eine Wärmeaustauschvorrichtung der erwähnten Art aus
einer Mehrzahl flacher Kammern oder Hohlplatten zu bilden, die mit geeigneten Ein-
und Austrittsöffnungen für das zu behandelnde Kühlmittel versehen sind. Die Kammern
bestehen dabei aus zwei tragförmigen, mit teleskopartig ineinandergreifenden Rändern
versehenen Teilen, wobei die Ränder durch Löten miteinander verbunden sind. Die
Kammern enthalten Leitkörper großer Oberfläche für das zu kühlende Mittel, die zur
Sicherung ihrer Lage in der Kammer mit Vorsprüngen ausgestattet sind. Damit sich
die Kammern unter dem Einfluß eines inneren Druckes nicht verziehen, hat man an
einzelnen Stellen ihre Seitenplatten gegeneinander verankert.
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Die Erfindung besteht nun in einer weiteren Ausbildung der Kammern
durch eine besondere Gestaltung und durch einen neuartigen Einbau der Leitkörper.
In dieser Hinsicht sind folgende Punkte von Wichtigkeit: z. Die Leitkörper sind
Bleche, die mit Wellen von ungefähr rechteckiger Form versehen sind. Die quer zur
Durchflußrichtung des Wärmeaustauschmittels liegenden Wellen haben versetzt zueinander
angeordneteDurchbrechungen. Auf diese Weise wird dauernd eine sehr weitgehende Unterteilung
und Wiedervereinigung in dem die Kammer durchfließenden Kühlmittelstrom erzielt,
wobei die Teilströme vielfach gewundene Wege durchlaufen müssen. Letztere Wirkung
läßt sich noch steigern, wenn in eine Kammer zwei getrennte, gerippte und gelochte
Leitkörperbleche eingebaut werden und zwischen ihnen eine Stau- oder Leitwand angeordnet
wird.
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a. Die Leitkörper werden auch dazu herangezogen, daß jede Formänderung
der flachen
Kammer bei innerem Druck besonders wirksam unterbunden
wird. Zu diesem Zweck
| werden die Anliegestellen der Leitkör `@ |
| wellen an den Kammerwänden mit di" A |
| unter Zuhilfenahme eines besonderen, in @vör- |
liegendem Zusammenbange noch nicht benutzten Lötverfahrens fest verbunden.
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3. Die Leitkörper leiten die Wärme in günstigster Weise an den vielen
mit den Kammerwänden in gut wärmeleitendem Kontakt stehenden Verbindungsstellen
nach Art von Kühlrippen ab.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Leitkörper die Form
von ungefähr rechteckig gewellten Blechen aufweisen, deren Wellen quer zur Durchflußrichtung
des Wärmeaustauschmittels angeordnet und auf ihrer ganzen Länge mit versetzt zueinander
angeordneten Durchbrechungen versehen sind.
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Das Wesen der Erfindung und ihr Zweck ergibt sich aus folgender Beschreibung
und den Zeichnungen. In diesen zeigt Abb. i einen Ölkühler, angebracht an einer
Brennkraftmaschine, Abb. 2 eine Ansicht desselben Ölkühlers in vergrößertem Maßstabe,
teilweise im Schnitt, Abb. 3 den Hauptteil des Kühlers in Seitenansicht und sein
Gehäuse im Schnitt gemäß Linie 3-3 der Abb. 2, Abb.4 eine Einzelheit des Schnittes
nach Linie 3-3 der Abb. 2 in vergrößertem Maßstabe, Abb.5 die verschiedenen für
die Herstellung eines Kühlers nach den Abb. i bis 4 nötigen Einzelteile, auseinandergezogen
dargestellt, Abb. 6 die Ansicht des Zusammenbaus der für die Hartlötung des Kühlerkörpers
erforderlichen Teile, Abb.7 ein Schaubild einer der Abstandhalteplatten, die nur
für das Löten gebraucht werden, Abb.8 eine der Darstellungen in Abb.2 ähnliche Ansicht
einer anderen Ausführungsform eines Ölkühlers, Abb. 9 eine Ansicht des Hauptteiles
dieses Kühlers und eines Schnittes durch das Gehäuse nach Linie 9-9 der Abb. 8,
Abb. io eine schematische Darstellung einer Kammer des Ölkühlers nach den Abb. i
bis 4, Abb. i i eine ähnliche schematische Darstellung für den ,Ölkühler nach den
Abb. 8 und 9, Abb. r2 eine den Abb. 2 und 8 ähnliche Ansieht einer dritten Ölkühlerbauart,
Abb.13 eine schematische Darstellung einer einzelnen Kühlkammer einer vierten Ölkühlerausführung
und Abb. 14 das gleiche für eine fünfte Ausführungsform. Der Ölkühler io nach den
Abb. i bis 4 und io umfaßt einen Kühlerhauptteil i i und 'i£in ihn umschließendes
Gehäuse, das sich aus einer Kappe 12 aus Metallblech und einem :daran durch Schrauben
14 gehaltenen Deckel 13 aus Metallguß zusammensetzt. An einander entgegengesetzten
Seiten der Kappe 12 sind Ein- und Auslaßöffnungen 31 und 32 für das Kühlwasser und
im Deckel 13 sind Ein-und Austrittsöffnungen 33 und 34 für das Schmieröl vorgesehen.
Der Hauptkörper des Kühlers besteht aus einer Grundplatte 15 und einer Anzahl flacher
Röhren oder Kammern 16. Diese sind aus einer 3o°foigen Kupfer-Nickel-Legierung hergestellt.
Der Kühlkörper liegt zwischen der Wasserein- und Wasserauslaßöffnung des Gehäuses
und ist selbst an die Ölein- und -austrittsöffnung im Gehäusedeckel angeschlossen.
Die Grundplatte 15. besteht aus Metall; sie enthält zwei Öffnungen 28 und trägt
drei Schraubenbolzen 29. Jede der Kammern 16 besteht aus einem rechteckigen flachen
Trog 17 und einem ebenso geformten Deckel 18, dessen Rand i9 den Rand 2o des Troges
17 gut passend übergreift, mit dem er metallisch verbunden wird. In jeder Kammer
befinden sich in der Längsrichtung gesehen nebeneinander zwei mit Rippen versehene
Plattenkörper 21 aus Stahl, deren Rippen in, Längsrichtung der Kammer verlaufen.
Die Rippen der Platte 21 haben ungefähr rechteckige Form; ihre waagerechten Ober-
und Unterseiten sind abwechselnd mit dem Boden und dem Deckel der Kammer metallisch
verbunden. In den senkrechten Seiten jeder Rippe sind Reihen von durch Stege 23
getrennten Löchern 2.2 vorgesehen. Den Löchern der einen Seite einer Rippe stehen
die Stege der anderen Seite gerade gegenüber. Zwischen den, beiden Platten 21 jeder
Kammer 16 liegt eine Trennwand 24, die von einem dünnen Metallstreifen gebildet
wird. Die Kanten des Streifens sind mit dem Unter- und Oberteil der Kammer metallisch
verbunden. Die Länge der Wand 24 ist geringer als die Breite der Kammer, ihre Enden
lassen beiderseits gleiche Durchgänge frei.
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In der oberen und unteren Seitenfläche jeder Kammer, mit Ausnahme
der Endkammer, sowie in den, Rippenplatten 21, in deren Mitte, sind Öffnungen vorgesehen.
Die Öffnungen in den Kammerseiten sind von aufgesetzten Rändern 25 und 26 umgeben.
Entsprechende Öffnungen sind in der Unterfläche der Endkammer und in deren Rippenplatte
vorhanden, aber der Deckel der Endkammer ist nicht durchbohrt, er ist gegenüber
den Öffnungen im Unterteil durch Scheiben 27 aus demselben Metall wie die Kammer
verstärkt.
Die unterste Kammer 16 ist mit der Grundplatte 1 5 metallisch
verbunden und greift mit ihren Flanschen 25 je in eine Bohrung 28 dieser Platte.
Über jeden der Flanschen 25 .am Boden jeder Kammer 16 (mit Ausnahme der untersten)
und über einen der Flanschen 26 am Deckel der unmittelbar darunterliegenden Kammer
ist ein kurzes Rohrstück 3o aus demselben Werkstoff wie die Kammern geschoben und
mit beiden Teilen metallisch verbunden.
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Der Kühlkörper i i wird durch die Bolzen 29 mit Muttern 35 mit dem
Deckel- 13 zusammengehalten, derart, daß die Öffnungen 28 in der Grundplatte 15
mit der Ölein- und -austrittsöffnung 33 und 34 im Deckel in Verbindung sind.
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Zur Herstellung des Kühlkörpers gemäß den Abb. i bis 4 und io werden
die entsprechend geformten Einzelteile jeder Kammer in der beschriebenen Weise zusammengestellt,
jedoch unter Zwischenschaltung eines Blattes a aus Kupferfolie von etwa 0,o5 mm
Dicke zwischen die Rippenplatten 2i und die Scheidewand 24 einerseits und den Kammerboden
andererseits sowie eines Blattes b aus Kupferfolie von etwa o,i mm Dicke zwischen
Rippenplatte, Scheidewand und Kammerdeckel. Das Blatt b hat einen umgebogenen Rand
c, der zwischen die einander Übergreifenden Ränder des Bodens und des Deckels der
Kammer zu liegen kommt. Die Blätter a und b können gleichzeitig mit der Herstellung
von Boden und Deckel geformt oder auch für sich besonders angefertigt und dann eingefügt
werden. Sie haben Lbchungen e, die den Öffnungen in Boden und Deckel der Kammern
sowie in den Rippenplatten entsprechen. Sodann wird ein Ring d aus Kupferfolie von
ungefähr o,o5 mm Dicke über die Flanschen 25 und 26 gestreift und eines der kurzen
Rohrstücke 30 über jeden der Flanschen 25 geschoben.
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Nachdem in, der beschriebenen Weise eine Anzahl von Kammern je für
sich zusammengebaut sind, wird zunächst eine Endkammer umgekehrt auf eine Grundplatte
A aus einem nicht lötbaren hitzebeständigen Werkstoff gelegt. Daraüf wird ein Paar
Abstandhalteplatten B aus demselben Werkstoff wie die Grundplatte in der Weise gelegt,
daß jede der halbkreisförmigen Aussparungen C die kurzen Rohrstutzen 3o teilweise
umgreift und die Platten B in der Mitte zusammenstoßen. Nunmehr wird auf die Abstandplatten
B eine innere Kammer aufgesetzt, derart, daß jeder der Flanschen, 26 an seinem Deckel
in eines der kurzen Rohrstücke 30 eingreift, die über die Flanschen 25 des
Kammerbodens geschoben worden sind, auf dem die Abtandplatten liegen. Diese eben
beschriebenen Arbeitsvorgänge wiederholen sich nun, bis die gewünschte Anzahl von
Kammern übereinander gebaut sind. Dann wird die Kühlerg@undpiatte 15 aufgesetzt,
so@ daß ihre B6hrungen 28 die Flanschen 25 am Kammerboden umfassen. Darauf kommt
ein Blatt f aus Kupferfolie von ungefähr o,o5 mm Dicke mit Löchern g entsprechend
den Löchern in der Grundplatte und Löchern lt, durch die die Bolzen 29 ragen.
Das Blatt fliegt zwischen Kammerboden und Grundplatte. Nun wird noch eine Kopfplatte
D aus demselben Werkstoff wie die untere Platte A und die Abstandhalter B oben auf
die Kühlergrundplatte gelegt, wobei die Bolzen 29 durch Öffnungen der Platte D ragen.
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Das zusammengebaute Ganze A-B-D wird nun in einen Ofen gebracht und
in einer Atmosphäre von Wasserstoff oder anderen nichtoxydierenden Gasen erhitzt,
bis die Blätter und Ringe aus Kupferfolie geschmolzen sind und die verschiedenen
Teile des Kühlers miteinander verbunden haben. Die Zungen 36 an den Enden der Scheidewand
24, die in die Rinnen der Platten 21 eingreifen, verhindern ein Verschiebender Wand,
ehe sie festgelötet ist. Die Kopfplatte D und die Abstandplatte B halten die zusammengebauten
Teile sicher in ihrer Lage, die Abstandplatten verhüten ein etwaiges Verziehen der
Kammern unter Wirkung des Gewichtes der Platten D und B während des
Lötvorganges.
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Nach Beendigung der Hartlötung nimmt man das Ganze aus dem Ofen und
läßt es in der zusammengebauten Lage A-B-D erkalten. Hierauf wird die Platte D abgenommen,
und die Abstandplatten B werden zwischen den Kammern herausgezogen. Der Kühler ist
nun fertig.
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Wie in Abb. i angegeben, ist der Kühler io gemäß den Abb. 2, 3, 4
und io für die Verwendung an einer Brennkraftmaschine 37 bestimmt. Dabei wird eine
der Öffnungen 31 oder 32 im Gehäuse an die Druckseite der Kühlwasserpumpe 38 und
die andere an die zum Kühlmantel der Maschine führende Rohrleitung 39 angeschlossen;
ferner ist eine der Öffnungen 33 oder 34 im Deckel des Kühlergehäuses mit der Austrittsseite
der Schmierölpumpe 4o und die andere mit einem -die Lager der Maschine mit Öl versorgenden
Leitung 41 verbunden. Wenn der Ölkühler eingebaut und die Maschine in Betrieb ist,
drückt die Pumpe 4o das Schmieröl durch die eine der Durchflußöffnungen 33 oder
34 im Deckel 13 in den etwa als Eintrittssammelraum zu bezeichnenden Teil des Kühlers,
von da in parallelen Strömen durch die verschiedenen Kammern 16 nachdem Austrittssammelraum
des Kühlers und sodann durch die andere der Durchflußöffnungen 33 oder 34
in
das zu den Lagern der Maschine führende Rohr 41. Unter den Bezeichnungen Eintrittssammelraum
und Austrittssammelraum sind die Hohlräume zu verstehen, die sich an die Eintritts-
und Austrittsöffnung im Deckel 13 anschließen und sich durch die Grundplatte 15,
die inneren Kammern 16 und die Rohrstücke 3o bis zur Endkammer erstrecken. Das Kühlwasser
fließt von der Pumpe 38 in das Ölkühlergehäuse, umspült die Kammern 16, wobei es
ihnen und damit dem Öl Wärme entzieht oder gegebenenfalls Wärme zuführt, und fließt
dann weiter durch das Rohr 39.
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Die Rippenplatten 21 verhüten. einerseits Formveränderungen der Kammern
unter dem Druck des darin befindlichen Öls, und andererseits fördern sie den Wärmeaustausch
zwischen Wasser und Öl. Außerdem bewirken sie eine wiederholte Unterteilung und
Wiedervereinigung im Ölfluß durch die Kammern 16 und zwingen die Teilströme zu immerwährenden
Richtungswechseln, was die Wirksamkeit des Ölkühlers erheblich erhöht. Hierzu trägt
fernerauch die Trenn- oder Leitwand 24 bei, die, wie Abb. io erkennen, läßt, das
Öl veranlaßt, sich über den gesamten Innenraum zu verteilen; anstatt unmittelbar
vom Eintrittssammelraum zum Austrittssammelraum zu fließen.
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Es sei noch bemerkt, daß Ölkühler der beschriebenen Art gegenüber
den auftretenden Beanspruchungen viel widerstandsfähiger sind als die bisher üblichen
Wasserkühlröhren aufweisenden Kühler mit gelöteten Verbindungsstellen. Die Benutzung
von Ölröhren oder Ölkammern anstatt von, Wasserröhren vermindert die Gefahr des
Schadhaftwerdens beim Einfrieren des Wassers im Kühler, weil das Wasser besser aus
dem Kühler austreten und nicht in Räumen kleiner Abmessungen abgesperrt werden kann.
Die Anwendung von Kupfer anstatt gewöhnlichen Lotes zum Verbinden der einzelnen
Teile erhöht die mechanische Festigkeit an den Verbindungsstellen und macht sie
widerstandsfähiger gegeniiber den Wärmebeanspruchungen während des Betriebes.
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Die in den Abb.8, 9 sowie i i, 12, 13 und i4 dargestellten
Ölkühler sind demjenigen gemäß den Abb. i bis 4 und io im allgemeinen ähnlich in
Aufbau und Wirkung wie auch in der Herstellungsweise. Die folgende Beschreibung
der Kühler wird sich daher auf das Herausheben der Unterschiede beschränken.
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Der Ölkühler nach den Abb. 8, 9 und i i unterscheidet sich nur insofern
von dem oben beschriebenen, als der Deckel 4o des Gehäuses anstatt aus Metallguß
aus Blech hergestellt und durch Bolzen mit Muttern am Gehäuse 41 befestigt ist,
und ferner daß für den Kühlerkörper eine in zweifacher Hinsicht andere Bauart gewählt
ist. Erstens enthält jede Kammer 43 nur eine einzige Platte 44, deren Rippen quer
zur Längsrichtung der Kammer stehen, so daß keine Trennwand 24 nötig ist, und zweitens
ist ein Teil wie die Grundplatte 15 nicht vorhanden, sondern es sind dafür zwei
je an den Öleintritts- und -austrittssammelraum angeschlossene Gewindestutzen 45
vorgesehen, die mittels Muttern 46 am Deckel 4o befestigt sind.
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Bei dem Ölkühler gemäß Abb. 12 ist in Abweichung von der eben beschriebenen
Bauart der eine der Sammelräume 5o, die sich innerhalb der Kammern 51 und 52 erstrecken,
an beiden Enden geschlossen und dafür der andere an beiden Enden offen, aber durch
eine Zwischenwand 54 unterteilt, die zwischen der Gruppe der Kammern 51 und der
Gruppe der Kammern 52 angeordnet ist. An den Enden dieses Sammelraumes 55 befindet
sich je ein Anschlußstutzen 53, von denen der eine am Gehäuse, der andere am Gehäusedeckel
gehalten ist. Im Betriebe an einer Brennkraftmaschine fließt das Öl von der Ölpumpe
nach dem als Eintrittssammelraum dienenden Teil des Raumes 55, von hier in parallelen
Strömen durch die Kammern 51 (oder 52) zu dem Sammelraum 5o und sodann wieder parallel
durch die Kammern 52 (oder 51) in den Auslaßteil des Raumes 55 und von da nach den
Lagern der Maschine.
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Bei dem in Abb. 13 gezeigten Ölkühler sind die Sammelräume 6o der
Kammern 61 nahe beieinander an dem einen Ende der Kammern angeordnet, und in jeder
Kammer sind nebeneinander zwei Platten 62 mit quer zur Längsrichtung der Kammer
liegenden Rippen sowie zwischen den Platten eine Trennwand 63 vorgesehen, die von
dem einen Ende der Kammer, wo die Sammelräume einmünden, nach dem entgegengesetzten
Kammerende hin verlaufend in einem gewissen Abstand davor endigt. Sie bewirkt, daß
das Öl in jeder Kammer 61 von der Eintritts- nach der Austrittsseite in der durch
die eingezeichneten Pfeile angedeuteten Weise fließt.
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Der Unterschied zwischen dem Kühler nach den Abb.8, 9 und ii und demjenigen
nach Abb. 14 besteht nur darin, daß die Ölein- und -austrittsstellen 70 weiter
von den Enden der Kammern 71 entfernt liegen, ferner daß in jeder Kammer zwei Rippenplatten
7a nebeneinander mit den Rippen quer zur Längsachse der Kammer vorhanden sind und
-zwischen ihnen eine Trennwand 73 liegt, die sich von einem Punkte nahe dem einen
Ende der Kammer bis nahe an deren anderes Ende hin erstreckt, wobei sie die Öleintrittsstelle
70 von der einen Seite und die ÖI-austrittsstelle 70 von der entgegengesetzten
Seite
umschließt. Hierdurch wird bewirkt, daß in jeder Kammer das Öl dem durch die eingezeichneten
Pfeile angedeuteten Wege folgt.