EP1725824A1 - Stapelscheiben-wärmetauscher - Google Patents

Stapelscheiben-wärmetauscher

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EP1725824A1
EP1725824A1 EP05715746A EP05715746A EP1725824A1 EP 1725824 A1 EP1725824 A1 EP 1725824A1 EP 05715746 A EP05715746 A EP 05715746A EP 05715746 A EP05715746 A EP 05715746A EP 1725824 A1 EP1725824 A1 EP 1725824A1
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EP
European Patent Office
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stacked
heat exchanger
plate
exchanger according
plate heat
Prior art date
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EP05715746A
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English (en)
French (fr)
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EP1725824B1 (de
Inventor
Jens Richter
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Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
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Application granted granted Critical
Publication of EP1725824B1 publication Critical patent/EP1725824B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/04—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0043—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
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    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
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    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0234—Header boxes; End plates having a second heat exchanger disposed there within, e.g. oil cooler
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/008—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
    • F28D2021/0089—Oil coolers

Definitions

  • the invention relates to a stacked-plate heat exchanger, in particular an intank oil cooler, for motor vehicles, with a plurality of stacked and connected, in particular soldered, elongated plates, each of which is composed of two identical plate halves rotated by 180 ° to one another and a cavity enclose for the passage of a medium to be cooled, such as oil, in the longitudinal direction of the disks.
  • a medium to be cooled such as oil
  • a disc heat exchanger is known with stacked and soldered discs, which are composed of two identical disc halves rotated by 180 ° and enclose a cavity for conducting a medium to be cooled.
  • the disk halves are provided with a pronounced edge for soldering the disk halves to a disk and with connection surfaces for soldering the disks to one another.
  • the disc halves are provided with frustoconical shapes on the inner and outer surfaces.
  • the disc halves are designed mirror-symmetrical to their transverse and / or longitudinal axis.
  • the frustoconical shapes are arranged like a chessboard between the connection surfaces. Positive expressions alternate with negative expressions.
  • the positive forms and the negative forms are similar to nubs.
  • the disc halves When assembled, the disc halves enclose a cavity that is surrounded by one Fluid, for example oil, is flowed through.
  • the knobs protruding into this cavity should ensure a good swirling of the oil and increase the strength as a result of their tie rod function.
  • the object of the invention is to provide a stacked-plate heat exchanger, in particular an intank oil cooler, for motor vehicles, with a plurality of stacked and connected, in particular soldered, elongated plates, each of which is composed of two identical plate halves rotated by 180 ° to one another and one Enclose a cavity for the passage of a medium to be cooled, such as oil, in the longitudinal direction of the disks, which is simple in construction and can be produced inexpensively.
  • the stacked disk heat exchanger according to the invention is nevertheless intended to ensure a good swirling of the medium to be cooled in the cavity formed between the disk halves.
  • the task is for a stacked-plate heat exchanger, in particular an intank oil cooler, for motor vehicles, with a plurality of stacked and connected, in particular soldered, elongated plates, which are each composed of two plate halves and have a cavity for carrying a medium to be cooled, such as Enclose oil in the longitudinal direction of the disks, solved in that each of the disk halves has a plurality of grooves that run from one long side to the opposite long side of the disk half.
  • the discs are also called flat tubes or plates.
  • the course of the grooves ensures the passage of coolant from one long side of the disc half to the opposite long side.
  • the Rijlen ensure a good swirling of the medium to be cooled.
  • a preferred exemplary embodiment of the stacked-plate heat exchanger is characterized in that the elongated plates are each composed of two identical plate halves rotated by 180 ° to one another. This considerably simplifies the manufacture of the stacked-plate heat exchanger according to the invention.
  • Another preferred exemplary embodiment of the stacked-plate heat exchanger is characterized in that the grooves run in a straight line from one long side to the opposite long side of the plate half. This ensures unimpeded passage of coolant from one long side of the pane half to the opposite long side.
  • Another preferred exemplary embodiment of the stacked-plate heat exchanger is characterized in that the grooves are pronounced on one side in each half of the plate.
  • the grooves are formed by straight, elongated, narrow depressions which are embossed on one side, for example in a sheet metal material. Since the grooves are only pronounced on one side, the manufacture of the disc halves is simplified.
  • Another preferred exemplary embodiment of the stacked-plate heat exchanger is characterized in that the grooves on the long sides are delimited by a peripheral edge.
  • the circumferential edge serves to connect two halves of the pane to one another, in particular to solder them. This seals the cavity between the two pane halves from the outside.
  • a plate is formed by two mutually abutting plate halves, the grooves of which are pronounced on the outside.
  • the grooves in the interior of the disk limit the flow path of the medium to be cooled.
  • An inlet for the medium to be cooled is preferably provided at one end of the disk and an outlet at the other end of the disk.
  • Another preferred exemplary embodiment of the stacked-plate heat exchanger is characterized in that two plates abut one another with their raised regions formed by the grooves and are connected to one another by a soldering process. Coolant, for example water, can pass between the raised areas from one long side to the opposite long side of the respective pane half.
  • the panes in the edge area of through holes are equipped with cup-shaped, raised areas, on which the panes are also soldered to one another.
  • Another preferred embodiment of the stacked-plate heat exchanger is characterized in that the grooves run at an angle of 35 ° to 55 °, in particular 45 °, to the longitudinal axis of the associated plate half.
  • the course of the grooves according to the invention also ensures that the coolant can flow in two disks from one long side to the opposite long side.
  • Another preferred exemplary embodiment of the stacked-plate heat exchanger is characterized in that the grooves of two mutually abutting plate halves are arranged at an angle of 70 ° to 110 °, in particular of 90 °, to one another. This will make for that too . cooling medium inside the discs created a flow path that has many changes of direction and vortex. This has the advantage that boundary layers that form in the cavity are repeatedly torn open during operation.
  • the angle of 90 ° results in an almost circular solder meniscus at the junction of the two grooves.
  • the angle is preferably 80 ° to 100 °.
  • the grooves have a depth of 0.8 to 1.5 mm, in particular 1.15 mm. This depth has proven to be particularly advantageous in the context of the present invention.
  • the grooves preferably have a depth of 0.5 mm to 1.5 mm.
  • Another preferred exemplary embodiment of the stacked-plate heat exchanger is characterized in that the grooves of one half of the plate are arranged parallel to one another at a distance of 3 to 5 mm, in particular 4 mm, from one another. This division has proven to be particularly advantageous in the context of the present invention.
  • the plate halves have a width of approximately 20 to 50 mm. This width has proven to be particularly advantageous in the context of the present invention. In the case of commercial vehicles, the pane halves preferably have a width of approximately 20 to 120 mm. A width of 70 to 80 mm, in particular of 76 mm, is particularly preferred.
  • Another preferred exemplary embodiment of the stacked-plate heat exchanger is characterized in that the hydraulic diameter has a value of 1.5 to 2.5 mm, in particular 1.8 mm. This value has proven to be particularly advantageous in the context of the present invention. ,
  • the hydraulic diameter between two adjacent disc halves along the main direction of flow of the medium to be cooled represents the ratio between the flowable channel cross section and the heat exchange area.
  • the hydraulic diameter is defined as four times the ratio of the area ratio to the area density.
  • the area ratio is determined as the ratio of the free channel cross section to the total face area of the channel between two adjacent disc halves.
  • the areal density is determined from the ratio between the heat transfer area and the block volume.
  • the hydraulic diameter should preferably be as constant as possible across the entire main flow direction of the medium to be cooled. stay steadfast. This achieves a uniform flow through the cavity between two disc halves.
  • Another preferred exemplary embodiment of the stacked heat exchanger is characterized in that the pulley halves are made of 'a metal material, in particular of aluminum or stainless steel, is formed. The disks are preferably joined together by brazing. Stainless steel is preferred for commercial vehicles.
  • Another preferred exemplary embodiment of the stacked-plate heat exchanger is characterized in that at least one side of the plate halves is coated with soldering aid material. The manufacturing process of the stacked-plate heat exchanger according to the invention can thereby be simplified.
  • the plate halves each have a pair of through holes as inflow lines and outflow lines.
  • the medium to be cooled passes through the through holes into the cavity between two disc halves forming a disc or a flat tube.
  • the discs can also be referred to as plates and the disc halves as plate halves.
  • Another preferred exemplary embodiment of the stacked-plate heat exchanger is characterized in that the edge region of the through holes is raised.
  • the edge region of the through holes is preferably raised as far as the grooves or shafts.
  • Two abutting raised edge regions of different disc halves seal the through holes and the cavity between two disc halves connected to the through holes from the environment through which coolant flows.
  • Another preferred exemplary embodiment of the stacked-plate heat exchanger is characterized in that in the edge region Through holes embossments are provided. The impressions serve to reinforce the disc halves in the area of the through holes.
  • Another preferred exemplary embodiment of the stacked-plate heat exchanger is characterized in that the impressions, viewed in section, are designed in a wave-like manner with wave crests and wave troughs in the inlet area.
  • the wave crests and wave troughs essentially create selective contacts between two adjacent disc halves.
  • Another preferred exemplary embodiment of the stacked-plate heat exchanger is characterized in that a plurality of plate halves in the inlet region are soldered to the adjacent plate halves in a substantially linear manner both on their inside and on their outside. As a result, the internal pressure resistance of the tubes, which are each made up of two disc halves, rises sharply.
  • Another preferred exemplary embodiment of the stacked-plate heat exchanger is characterized in that the impressions, viewed in plan view, run at least partially around the through-holes in a meandering manner. This increases the contact area between two disc halves.
  • Another preferred exemplary embodiment of the stacked-plate heat exchanger is characterized in that two plate halves are connected to one another in one piece by a bending edge running in the longitudinal direction or in the transverse direction in order to form a conduit device for the medium to be cooled. Since the two disc halves are already connected to each other in one piece at the bending edge, they only have to be soldered to one side. This increases the cross section through which the medium to be cooled flows. In addition, the number of individual parts required is reduced by half, since one part is required per line device.
  • the conduit device is formed by an elongated, in particular essentially rectangular, plate which is divided into two elongated halves by the bending edge and which are folded together.
  • the plate is preferably an embossed stamped part made of a metallic material that is simple and inexpensive to manufacture. When folded, the plate halves are congruent.
  • the plate has a peripheral edge which is raised in relation to the plate surface.
  • the plate is preferably stamped within the circumferential edge, the depth of the stamped surface being half the clear width of the line device.
  • Another preferred exemplary embodiment of the stacked-plate heat exchanger is characterized in that the peripheral edge is interrupted at the intersection with the bending edge. In the area of the bending edge, the plate has the same depth over the entire length of the bending edge. This prevents undesirable damage to the plate material in the area of the bending edge when folding.
  • Another preferred exemplary embodiment of the stacked-plate heat exchanger is characterized in that the two plate halves lie against one another with the circumferential edge in the folded state.
  • the plate halves are preferably soldered to one another on the peripheral edge.
  • the above-mentioned object is achieved in that a stacked-plate heat exchanger described above is installed in the water box.
  • Figure 1 is a perspective view of a disc half
  • Figure 2 shows an end of the disc half of Figure 1 in the bottom view
  • FIG. 3 shows the view of a section along the line III-III in FIG. 2;
  • Figure 4 is a perspective view of two disc halves
  • FIG. 5 shows an enlarged detail from FIG. 4
  • FIG. 6 shows a perspective illustration of seven disks which are assembled to form a stacked disk heat exchanger according to the invention
  • Figure 7 is an enlarged perspective view of an end plate of the stacked plate heat exchanger shown in Figure 6;
  • FIG. 8 shows the view of a cross section through one end of the stacked-plate heat exchanger shown in FIG. 6;
  • Figure 9 shows an end of the stacked plate heat exchanger shown in Figure 6 in side view
  • Figure 10 is a perspective view of a water tank with a built-in stacked plate heat exchanger
  • FIG. 11 shows a cooler with a built-in water tank, as shown in FIG. 10;
  • FIG. 12 shows a representation of the solder menisci in the channel section;
  • FIG. 13 shows a top view of almost circular solder menisci
  • FIG. 14 is a top view of a stacked-plate heat exchanger according to a further exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 15 is a side view of the stacked-plate heat exchanger from FIG. 14;
  • FIG. 16 shows the view of a section along the line XVI-XVI in FIG. 14;
  • FIG. 17 shows the view of a section along the line XVII-XVII in FIG. 14;
  • FIG. 18 shows the view of a section along the line XVIII-XVIII in FIG. 14;
  • Figure 19 is an enlarged view of detail XIX of Figure 14;
  • Figure 20 shows a line device according to the invention in the opened state in plan view
  • FIG. 21 shows the line device from FIG. 20 in the half-folded state
  • FIG. 22 shows a stacked-plate heat exchanger with a closed line device, as shown in FIGS. 20 and 21, in the closed state in a top view;
  • Figure 23 shows the stacked disc heat exchanger from Figure 22 in side view
  • FIG. 24 shows the view of a section along the line XXIV-XXIV in FIG. 22.
  • a disc half 1 is shown in perspective.
  • the disc half 1 has the shape of an elongated plate made of aluminum sheet with two straight longitudinal sides 2 and 3, which are arranged parallel to each other. At its ends 4 and 5, the disc half 1 is rounded off in a semicircle. Through holes 8 and 9 are provided in the ends 4 and 5.
  • the edge regions 10, 11 of the through holes 8, 9 are recessed so that the edge regions 10, 11 are raised on the underside of the pane half 1.
  • a plurality of grooves 12 are formed in the disk half 1 between the through holes 8 and 9.
  • the grooves 12 run in a straight line from one long side 2 to the opposite long side 3 of the disc half 1.
  • the grooves have the shape of elongated depressions which are raised on the underside of the disc half 1.
  • the grooves can also not run in a straight line, for example in the form of waves or zigzags.
  • the end 4 of the disc half 1 of Figure 1 is shown in the bottom view.
  • the edge area 10 and ten grooves 21 to 30 rise from the plane of the drawing.
  • the ends of the grooves 21 to 30 are rounded towards the long sides 2, 3.
  • the longitudinal axis of the disc half 1 is designated 31.
  • the grooves 21 to 30 are arranged at an angle ⁇ of 45 ° to the longitudinal axis 31.
  • the disk half 42 has exactly the same shape as the disk half 1. However, the disk half 42 is rotated by 180 ° with respect to the disk half 1. An end 44 with a through hole 48, the edge region 50 of which rises from the plane of the drawing, is arranged above the through hole 8 of the end 4 of the pane half 1, the cup-shaped edge region 10 of the through hole 8 rising into the plane of the drawing. Grooves 52 are formed in the disk half 42 and rise out of the plane of the drawing. The grooves 52 are arranged at an angle ⁇ of 90 ° to the grooves 12, which rise into the plane of the drawing. The two disc halves 1 and 42 are soldered together to form a disc or a flat tube at the contact points of the grooves and in the edge region 2 and 3.
  • a plurality of disks 60 are soldered to one another in FIG.
  • the through holes of the disks 60 are closed by end disks 61, 62.
  • connecting pieces 67, 68 are placed on the upper side of the disks 60.
  • the medium to be cooled can be introduced into the interior of the panes 60 through one of the connecting pieces 67, 68.
  • the medium to be cooled can emerge from the disks 60 from the other connecting piece 68, 67.
  • the lens 61 is shown enlarged perspective.
  • the cover disk 61 has the shape of a circular disk 64 which has a circular, central elevation 65.
  • the outer diameter of the circular elevation 65 is matched to the inner diameter of the associated through hole of the respective disk.
  • FIGS. 8 and 9 show that the stacked-plate heat exchanger shown in perspective in FIG. 6 comprises seven plates 71 to 77, which are stacked one above the other.
  • a plurality of substantially zigzag-shaped flow paths for the medium to be cooled are formed in the interior of the disks 71 to 77, which flow between the disks 71 to 77 in a straight line through the recessed areas between two grooves from one side to the opposite side of the corresponding half of the disc run.
  • FIG. 10 shows a water box 78 in which the stacked-plate heat exchanger shown in FIG. 6 is installed.
  • the disks 60 are arranged within the water box 78.
  • the end connections 67, 68 protrude from the water box 78.
  • the water tank 78 from FIG. 10 is attached to one side of a cooling network 79.
  • Another water tank 80 is attached to the other side of the cooling network 79.
  • the two water boxes 78 and 80 and the cooling network 79 together form a coolant cooler 81 of a motor vehicle (not shown).
  • the profiling of the disc halves 1 and 42 is designed so that the
  • the leg angle of the profiling is 45 ° to the main flow direction of the medium to be cooled.
  • the hydraulic diameter is 1.8 mm.
  • the embossing angle is in a range between 20 ° and 60 ° to the main flow direction.
  • the hydraulic diameter can vary between 1.5 mm and 2.5 mm.
  • the large area in the entry and exit area enables a tight pane connection without the need to use additional components.
  • the disc halves have horizontal soldering surfaces, which ensures sufficient flow of coolant on the outside of the cooler.
  • the disc halves are preferably slightly angled at their peripheral edge. This improves the flatness of the washer when unsoldered.
  • the bend angle is between 5 ° and 20 °, preferably 10 °.
  • the disc halves are made of aluminum and are connected to each other by a wheel soldering process.
  • FIG. 12 it can be seen that two disk halves are connected to one another by soldering menisci 101, 102 and 103, 104.
  • FIG. 13 it can be seen that the solder menisci 101 to 104 are almost circular in plan view.
  • FIG. 14 shows a plate half 1 of a stacked plate heat exchanger according to the invention in accordance with a further exemplary embodiment. The same reference numerals are used to designate the same parts as in the embodiment shown in FIG. 1. To avoid repetition, reference is made to the previous description of FIG. 1. Only the differences between the exemplary embodiments are discussed below.
  • the edge regions 110, 111 of the through holes 8, 9 are provided with embossments.
  • the edge region 111 at the end 5 of the pane half 1 has meandering impressions 115 and 116 which are connected by a connecting bead 117.
  • the edge region 110 at the end 4 of the pane half 1 has meandering impressions 118 and 119 which are connected to one another by a connecting bead 120.
  • Two disk halves 1, as shown in FIG. 14, are, as described above, to form a disk or a flat tube, which is also referred to as a line device, at the contact points of the grooves 12 and in the edge regions 2 and 3 as well the impressions 118, 119 soldered together.
  • FIG. 15 shows a side view of a radiator block which comprises a plurality of flat tubes stacked one above the other.
  • FIG. 16 shows the view of a section along the line XVI-XVl in FIG. 14.
  • various flat tubes of a radiator block are stacked in a row in the area of the meandering impressions 115, 116 and on the impressions 118, 119.
  • FIG. 17 shows the view of a section along the line XVII-XVII in FIG. 14.
  • the sectional view shows that the number of essentially linear contact areas is increased by the meandering impressions 116.
  • the meandering impressions 116 are also referred to as reinforcing beads.
  • Embossments at the end of the plate are soldered to each other both on the inside and on the outside of the stacked plate heat exchanger.
  • FIG. 18 shows the view of a section along the line XVIII-XVIII in FIG. 14. Here you can see how the embossments 119 on the plate end 4 are soldered to one another both on the inside and on the outside of the stacked plate heat exchanger.
  • FIG. 19 shows an enlarged illustration of the detail XIX from FIG. 14.
  • the shape of the embossments 118, 119 is designed in such a way that disks stacked one above the other are soldered to one another in a linear fashion both on the inside and on the outside. As a result, the internal pressure resistance of a tube formed from two disc halves increases sharply.
  • the disc connections are shown meandering in Figure 19.
  • FIG. 20 shows a line device 140, which is also referred to as a flat tube or a short tube, in the opened state.
  • the flat tube 140 is formed by a plate 142 which essentially has the shape of a rectangle, the corners of which are rounded.
  • the plate 142 is a stamped part made of aluminum sheet, which has a bending edge 143, through which the plate 142 is divided in the longitudinal direction into two halves 145, 146 of equal size, which are also referred to as disc halves. Apart from their one-piece design, the two disc halves 145, 146 correspond to the disc halves of the previous exemplary embodiments.
  • the plate 142 is delimited on the outside by a circumferential edge 148 which serves to solder the two plate halves 145, 146 to one another in the folded or folded state.
  • a circumferential edge 148 which serves to solder the two plate halves 145, 146 to one another in the folded or folded state.
  • the plate halves 145, 146 are provided with embossed grooves, as described above.
  • the pipe 140 is shown in a top view in the closed state.
  • the tube 140 is the top flat tube of a stacked plate heat exchanger with several stacked flat tubes.
  • FIG. 23 shows a side view of the stacked-plate heat exchanger from FIG. 22.
  • the side view shows that the stacked-plate heat exchanger comprises, in addition to the flat tube 140, six further flat tubes 150 to 155, which are soldered to one another in a stacked manner.
  • FIG. 24 shows the view of a section along the line XXIV-XXIV in FIG. 22.
  • the sectional view shows that the stacked-plate heat exchanger is made up of folded flat tubes .140, 150 to 155.
  • the one-piece design of the flat tubes reduces the number of parts required for the construction of the stacked-plate heat exchanger by half.
  • the folded flat tubes have the advantage that the length of the sealing seam is reduced by almost half.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stapelscheiben-Wärmetauscher, insbesondere einen Intank-Ölkühler, der in einen Kühlmittelkasten eines Kühlmittelkühlers eingebaut ist, für Kraftfahrzeuge, mit mehreren aufeinander gestapelten und miteinander verbundenen, insbesondere verlöteten, länglichen Scheiben (71-77), die aus jeweils zwei Scheibenhälften zusammengesetzt sind und einen Hohlraum zum Durchführen eines zu kühlenden Mediums, wie Öl, in Längsrichtung der Scheiben umschliessen. Um einen Stapelscheiben-Wärmetauscher zu schaffen, der kostengünstig herstellbar ist, weist jede der Scheibenhälften eine Vielzahl von Rillen auf, die von einer Längsseite zu der entgegengesetzten Längsseite der Scheibenhälfte verlaufen.

Description

BEHR GmbH & Co. KG Mauserstraße 3, 70469 Stuttgart
Stapelscheiben-Warmetauscher
Die Erfindung betrifft einen Stapelscheiben-Warmetauscher, insbesondere einen Intank-Ölkühler, für Kraftfahrzeuge, mit mehreren aufeinander gesta- pelten und miteinander verbundenen, insbesondere verlöteten, länglichen Scheiben, die aus jeweils zwei gleichen, um 180° zueinander gedrehten Scheibenhälften zusammengesetzt sind und einen Hohlraum zum Durchführen eines zu kühlenden Mediums, wie Öl, in Längsrichtung der Scheiben umschließen.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 43 08 858 C2 ist ein Scheibenwärmetauscher mit aufeinander gestapelten und untereinander verlöteten Scheiben bekannt, die aus zwei gleichen, um 180° zueinander gedrehten Scheibenhälften zusammengesetzt sind und einen Hohlraum zur Leitung eines zu kühlenden Mediums umschließen. Die Scheibenhälften sind mit einem ausgeprägten Rand zum Verlöten der Scheibenhälften zu einer Scheibe und mit Anschlussflächen zum Verlöten der Scheiben untereinander versehen. Außerdem sind die Scheibenhalften an der Innen- und an der Außenfläche mit kegelstumpfförmigen Ausprägungen versehen. Die Scheiben- hälften sind spiegelsymmetrisch zu ihrer Quer- und/oder Längsachse ausgestaltet. Die kegelstumpfförmigen Ausprägungen sind zwischen den Anschlussflächen schachbrettartig angeordnet. Positive Ausprägungen wechseln sich mit negativen Ausprägungen ab. Die positiven Ausprägungen und die negativen Ausprägungen sind noppenähnlich ausgebildet. Im montierten Zustand umschließen die Scheibenhälften einen Hohlraum, der von einem Fluid, beispielsweise Öl, durchströmt wird. Die in diesen Hohlraum hineinragenden Noppen sollen für eine gute Verwirbelung des Öls sorgen und in Folge ihrer Zugankerfunktion die Festigkeit steigern.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stapelscheiben-Warmetauscher, insbesondere einen Intank-Ölkühler, für Kraftfahrzeuge, mit mehreren aufeinander gestapelten und miteinander verbundenen, insbesondere verlöteten, länglichen Scheiben, die aus jeweils zwei gleichen, um 180° zueinander gedrehten Scheibenhälften zusammengesetzt sind und einen Hohlraum zum Durch- führen eines zu kühlenden Mediums, wie Öl, in Längsrichtung der Scheiben umschließen, zu schaffen, der einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist. Der erfindungsgemäße Stapelscheiben-Warmetauscher soll dennoch eine gute Verwirbelung des zu kühlenden Mediums in dem zwischen den Scheibenhälften ausgebildeten Hohlraum gewährleisten.
Die Aufgabe ist bei einem Stapelscheiben-Warmetauscher, insbesondere einem Intank-Ölkühler, für Kraftfahrzeuge, mit mehreren aufeinander gestapelten und miteinander verbundenen, insbesondere verlöteten, länglichen Scheiben, die aus jeweils zwei Scheibenhälften zusammengesetzt sind und einen Hohlraum zum Durchführen eines zu kühlenden Mediums, wie Öl, in Längsrichtung der Scheiben umschließen, dadurch gelöst, dass. jede der Scheibenhälften eine Vielzahl von Rillen aufweist, die von einer Längsseite zu der entgegengesetzten Längsseite der Scheibenhälfte verlaufen. Die Scheiben werden auch als Flachrohre oder Platten bezeichnet. Der Verlauf der Rillen gewährleistet den Durchtritt von Kühlmittel von einer Längsseite der Scheibenhälfte zu der entgegengesetzten Längsseite. In dem Hohlraum sorgen die Rijlen für eine gute Verwirbelung des zu kühlenden Mediums.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stapelscheiben-Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass die länglichen Scheiben aus jeweils zwei gleichen, um 180° zueinander gedrehten Scheibenhälften zusammengesetzt sind. Dadurch wir die Herstellung des erfindungsgemäßen Stapelscheiben- Wärmetauschers erheblich vereinfacht. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stapelscheiben- Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen geradlinig von einer Längsseite zu der entgegengesetzten Längsseite der Scheibenhälfte verlaufen. Dadurch wird ein ungehinderter Durchtritt von Kühlmittel von einer Längsseite der Scheibenhälfte zu der entgegengesetzten Längsseite gewährleistet.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stapelscheiben- Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen einseitig in je- der Scheibenhälfte ausgeprägt sind. Die Rillen werden von geradlinigen, länglichen, schmalen Vertiefungen gebildet, die einseitig zum Beispiel in einem Blechmaterial ausgeprägt sind. Da die Rillen nur einseitig ausgeprägt sind, vereinfacht sich die Herstellung der Scheibenhälften.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stapelscheiben- Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen an den Längsseiten von einem umlaufenden Rand begrenzt werden. Der umlaufende Rand dient dazu, zwei Scheibenhälften miteinander zu verbinden, insbesondere zu verlöten. Dadurch wird der Hohlraum zwischen den beiden Schei- benhälften zur Umgebung hin abgedichtet.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stapelscheiben- Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Scheibe von zwei aneinander anliegenden Scheibenhälften gebildet wird, deren Rillen nach außen ausgeprägt sind. Die Rillen begrenzen im Inneren der Scheibe den Strömungsweg des zu kühlenden Mediums. Vorzugsweise ist an einem Ende der Scheibe ein Eingang und an dem anderen Ende der Scheibe ein Ausgang für das zu kühlende Medium vorgesehen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stapelscheiben- Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei Scheiben mit ihren von den Rillen gebildeten erhabenen Bereichen aneinander anliegen und durch einen Lötprozess miteinander verbunden sind. Zwischen den erhabenen Bereichen kann Kühlmittel, zum Beispiel Wasser, von einer Längsseite zu der entgegengesetzten Längsseite der jeweiligen Scheibenhälfte gelan- gen. Außerdem sind die Scheiben im Randbereich von Durchgangslöchern mit napfförmigen, erhabenen Bereichen ausgestattet, an denen die Scheiben ebenfalls miteinander verlötet sind. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stapelscheiben- Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen in einem Winker von 35° bis 55°, insbesondere von 45°, zur Längsachse der zugehörigen Scheibenhälfte verlaufen. Dadurch wird einerseits gewährleistet, dass das zu kühlende Medium von einem Ende zu dem anderen Ende der Scheibe durch den im Inneren der Scheibe gebildeten Hohlraum strömen kann. Andererseits wird durch den erfindungsgemäßen Verlauf der Rillen auch gewährleistet, dass das Kühlmittel in zwei Scheiben von einer Längsseite zu der entgegengesetzten Längsseite strömen kann. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stapelscheiben- Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen von zwei aneinander anliegenden Scheibenhälften in einem Winkel von 70° bis 110°, insbesondere von 90°, zueinander angeordnet sind. Dadurch wird für das zu. kühlende Medium im Inneren der Scheiben ein Strömungsweg geschaffen, der viele Richtungswechsel und Wirbel aufweist. Das hat den Vorteil, dass sich im Betrieb in dem Hohlraum bildende Grenzschichten immer wieder aufgerissen werden. Das führt, im Vergleich mit einem glatten Kanal ohne Rillen, zu einem stark verwässerten Wärmeübergang. Das zu kühlende Medium ist also beim Durchströmen des Hohlraums vielen Richtungswechseln unterworfen. Demgegenüber kann das Kühlmittel nahezu ungehindert und geradlinig durch die Rillen zwischen zwei aneinander anliegenden Scheiben
' strömen. Der Winkel von 90° ergibt einen nahezu kreisrunden Lötmeniskus an der Verbindungsstelle der zwei Rillen. Hierdurch wird die Strömung längs und - quer zur Hauptströmungsrichtung des zu kühlenden Mediums gleich beeinflusst. Vorzugsweise beträgt der Winkel 80° bis 100°.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stapelscheiben- Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen eine Tiefe von 0,8 bis 1 ,5 mm, insbesondere von 1 ,15 mm, aufweisen. Diese Tiefe hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen. Insbesondere bei Kraftstoffkühlern weisen die Rillen vorzugsweise eine Tiefe von 0,5 mm bis 1 ,5 mm auf.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stapelscheiben- Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen einer Scheibenhälfte parallel zueinander in einem Abstand von 3 bis 5 mm, insbesondere von 4 mm, zueinander angeordnet sind. Dieses Teilungsmaß hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stapelscheiben- Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass. die Scheibenhälften eine Breite von etwa 20 bis 50 mm aufweisen. Diese Breite hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen. Bei Nutzfahrzeugen weisen die Scheibenhälften vorzugsweise eine Breite von etwa 20 bis 120 mm auf. Besonders bevorzugt wird eine Breite von 70 bis 80 mm, insbesondere von 76 mm.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stapelscheiben- Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Durch- messer einen Wert von 1 ,5 bis 2,5 mm, insbesondere von 1 ,8 mm, aufweist. Dieser Wert hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen. .
Der hydraulische Durchmesser zwischen zwei benachbarten Scheibenhälf- ten entlang der Hauptströmungsrichtung des zu kühlenden Mediums stellt das Verhältnis zwischen dem durchströmbaren Kanalquerschnitt und der Wärmeaustauschfläche dar. Der hydraulische Durchmesser, ist als das Vierfache des Verhältnisses aus dem Flächenverhältnis zu der Flächendichte definiert. Das Flächenverhältnis bestimmt sich als das Verhältnis von dem freien Kanalquerschnitt zu der Gesamtstirnfläche -des Kanals zwischen zwei benachbarten Scheibenhälften. Die Flächendichte bestimmt sich aus dem Verhältnis zwischen der Wärme übertragenden Fläche zu dem Blockvolumen. Der hydraulische Durchmesser sollte vorzugsweise über die gesamte Hauptströmungsrichtung des zu kühlenden Mediums hinweg möglichst kon- stant bleiben. Dadurch wird eine gleichmäßige Durchströmbarkeit des Hohlraums zwischen zwei Scheibenhälften erzielt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stapelscheiben- Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenhälften aus 'einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Aluminium oder Edelstahl, gebildet sind. Die Scheiben werden vorzugsweise durch Hartlöten miteinander verbunden. Edelstahl wird bevorzugt bei Nutzfahrzeugen verwendet. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stapelscheiben- Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Seite der Scheibenhälften mit Löthilfsmaterial beschichtet ist. Dadurch kann der Herstellungsprozess des erfindungsgemäßen Stapelscheiben- Wärmetauschers vereinfacht werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stapelscheiben- Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenhälften als Zuflussleitungen und Abflussleitungen je ein Paar Durchgangslöcher aufweisen. Über die Durchgangslöcher gelangt das zu kühlende Medium in den Hohlraum zwischen zwei eine Scheibe oder ein Flachrohr bildenden Scheibenhälften. Die Scheiben können auch als Platten und die Scheibenhälften als Plattenhälften bezeichnet werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stapelscheiben- Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass der Randbereich der Durchgangslöcher erhaben ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der Randbereich der Durchgangslöcher genauso weit erhaben wie die Rillen oder Wellen. Zwei aneinander anliegende erhabene Randbereiche unterschiedlicher Scheibenhalften dichten die Durchgangslöcher und den mit den Durch- gangslöchern in Verbindung stehenden Hohlraum zwischen zwei Scheibenhälften gegenüber der von Kühlmittel durchströmten Umgebung ab.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stapelscheiben- Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Randbereich der Durchgangslöcher Einprägungen vorgesehen sind. Die Einprägungen dienen dazu, die Scheibenhälften im Bereich der Durchgangslöcher zu verstärken.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stapelscheiben- Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Einprägungen, im Schnitt betrachtet, im Eintrittsbereich wellenförmig mit Wellenbergen und Wellentälern ausgebildet sind. Die Wellenberge und Wellentäler schaffen im Wesentlichen punktuelle Kontakte zwischen zwei benachbarten Scheibenhälften. '
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stapelscheiben- Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Scheibenhälften im Eintrittsbereich sowohl auf ihrer Innenseite als auch auf ihrer Außenseite im Wesentlichen linienförmig mit den jeweils benachbarten Scheiben- hälften verlötet sind. Dadurch steigt die Innendruckfestigkeit der aus jeweils zwei Scheibenhälften gebildeten Rohre stark an.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stapelscheiben- Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Einprägungen, in der Draufsicht betrachtet, mäanderförmig zumindest teilweise um die Durchgangslöcher herum verlaufen. Dadurch wird die Kontaktfläche zwischen jeweils zwei Scheibenhälften vergrößert.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stapelscheiben- Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Scheibenhälften durch eine in Längsrichtung oder in Querrichtung verlaufende Biegekante einstückig miteinander verbunden sind, um eine Leitungseinrichtung für das zu kühlende Medium zu bilden. Da die beiden Scheibenhälften an der Biegekante bereits einstückig miteinander verbunden sind, müssen sie nur noch an einer Seite miteinander verlötet werden. Dadurch vergrößert sich der von dem zu kühlenden Medium durchströmte Querschnitt. Darüber hinaus verringert sich die Anzahl der benötigten Einzelteile um die Hälfte, da pro Leitungseinrichtung noch ein Teil benötigt wird. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stapelscheiben- Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungseinrichtung von einer länglichen, insbesondere im Wesentlichen rechteckförmigen, Platte gebildet wird, die durch die Biegekante in zwei längliche Hälften unterteilt ist, die zusammengefaltet sind. Bei der Platte handelt es sich vorzugsweise um ein geprägtes Stanzteil aus einem metallischen Werkstoff, das einfach und kostengünstig herstellbar ist. Im zusammengefalteten Zustand liegen die Plattenhälften deckungsgleich aufeinander.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stapelscheiben- Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Platte einen gegenüber der Plattenoberfläche erhabenen umlaufenden Rand aufweist. Vorzugsweise ist die Platte innerhalb des umlaufenden Rands eingeprägt, wobei die Tiefe der eingeprägten Fläche die halbe lichte Weite der Leitungseinrich- tung beträgt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stapelscheiben- Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass der umlaufende Rand an den Schnittpunkten mit der Biegekante unterbrochen ist. Im Bereich der Bie- gekante hat die Platte über die gesamte Länge der Biegekante die gleiche Tiefe. Dadurch wird eine unerwünschte Beschädigung des Plattenmaterials im Bereich der Biegekante beim Zusammenfalten vermieden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stapelscheiben- Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Plattenhälften im zusammengefalteten Zustand mit dem umlaufenden Rand aneinander anliegen. Vorzugsweise sind die Plattenhälften an dem umlaufenden Rand miteinander verlötet.
Bei einem Fahrzeugkühler mit mindestens einem Wasserkasten, ist die oben angegebene Aufgabe dadurch gelöst, dass ein vorab beschriebener Stapelscheiben-Warmetauscher in den Wasserkasten eingebaut ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeich- nung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer Scheibenhälfte;
Figur 2 ein Ende der Scheibenhälfte aus Figur 1 in der Untersicht;
Figur 3 die Ansicht eines Schnitts entlang der Linie lll-lll in Figur 2;
Figur 4 eine perspektivische Darstellung von zwei Scheibenhälften;
Figur 5 einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 4;
Figur 6 eine perspektivische Darstellung von sieben Scheiben, die zu einem erfindungsgemäßen Stapelscheiben-Warmetauscher zusammengebaut sind;
Figur 7 eine vergrößerte, perspektivische Darstellung einer Abschlussscheibe des in Figur 6 dargestellten Stapelscheiben- Wärmetauschers;
Figur 8 die Ansicht eines Querschnitts durch ein Ende des in Figur 6 darge- stellten Stapelscheiben-Wärmetauschers;
Figur 9 ein Ende des in Figur 6 dargestellten Stapelscheiben-Wärmetauschers in der Seitenansicht;
Figur 10 eine perspektivische Darstellung eines Wasserkastens mit einem eingebauten Stapelscheiben-Warmetauscher;
Figur 11 einen Kühler mit einem eingebauten Wasserkasten, wie er in Figur 10 dargestellt ist; Figur 12 eine Darstellung der Lötmenisken im Kanalschnitt;
Figur 13 eine Darstellung von nahezu kreisrunden Lötmenisken in der Draufsicht;
Figur 14 einen Stapelscheibenwärmetauscher gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Draufsicht;
Figur 15 den Stapelscheibenwärmetauscher aus Figur 14 in der Seitenan- sieht;
Figur 16 die Ansicht eines Schnitts entlang der Linie XVI-XVI in Figur 14;
Figur 17 die Ansicht eines Schnitts entlang der Linie XVII-XVII in Figur 14;
Figur 18 die Ansicht eines Schnitts entlang der Linie XVIII-XVIII in Figur 14;
Figur 19 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit XIX aus Figur 14;
Figur 20 eine erfindungsgemäße Leitungseinrichtung im aufgeklappten Zustand in der Draufsicht;
Figur 21 die Leitungseinrichtung aus Figur 20 im halb zusammengeklappten Zustand;
Figur 22 einen Stapelscheiben-Warmetauscher mit einer geschlossenen Leitungseinrichtung, wie sie in den Figuren 20 und 21 dargestellt ist, im geschlossenen Zustand in der Draufsicht;
Figur 23 den Stapelscheiben-Warmetauscher aus Figur 22 in der Seitenansicht und
Figur 24 die Ansicht eines Schnitts entlang der Linie XXIV-XXIV in Figur 22. In Figur 1 ist eine Scheibenhälfte 1 perspektivisch dargestellt. Die Scheibenhälfte 1 hat die Gestalt einer länglichen Platte aus Aluminiumblech mit zwei geraden Längsseiten 2 und 3, die parallel zueinander angeordnet sind. An ihren Enden 4 und 5 ist die Scheibenhälfte 1 halbkreisförmig abgerundet. In den Enden 4 und 5 sind Durchgangslöcher 8 und 9 vorgesehen. Die Randbereiche 10, 11 der Durchgangslöcher 8, 9 sind vertieft ausgeprägt, so dass die Randbereiche 10, 11 auf der Unterseite der Scheibenhälfte 1 erhaben sind.
Zwischen den Durchgangslöchern 8 und 9 sind in der Scheibenhälfte 1 eine Vielzahl von Rillen 12 ausgeprägt. Die Rillen 12 verlaufen geradlinig von einer Längsseite 2 zu der entgegengesetzten Längsseite 3 der Scheibenhälfte 1. Die Rillen haben die Gestalt länglicher Vertiefungen, die auf der Unterseite der Scheibenhälfte 1 erhaben sind. Die Rillen können aber auch nicht ge- radlinig, zum Beispiel wellen- oder zick-zack-förmig verlaufen.
In Figur 2 ist das Ende 4 der Scheibenhälfte 1 aus Figur 1 in der Untersicht dargestellt. Der Randbereich 10 und zehn Rillen 21 bis 30 erheben sich aus der Zeichenebene. Die Enden der Rillen 21 bis 30 sind zu den Längsseiten 2, 3 hin gerundet. Die Längsachse der Scheibenhälfte 1 ist mit 31 bezeichnet. Die Rillen 21 bis 30 sind in einem Winkel α von 45° zu der Längsachse 31 angeordnet.
In Figur 3 sieht man, dass die Scheibenhälfte 1 im Querschnitt betrachtet, ein wellenförmiges Profil aufweist. Das wellenförmige Querschnittsprofil wird durch die Rillen gebildet, die einseitig in der Scheibenhälfte 1 ausgeprägt sind.
In Figur 4 sind zwei Scheibenh lften 1 und 42 perspektivisch dargestellt. Die Seiten der Scheibenhälften 1 und 42 auf denen sich die Rillen erheben, sind voneinander abgewandt.
In Figur 5 sieht man, dass die Scheibenhälfte 42 exakt die gleiche Gestalt aufweist wie die' Scheibenhälfte 1. Allerdings ist die Scheibenhälfte 42 ge- genüber der Scheibenhälfte 1 um 180° verdreht angeordnet. Ein Ende 44 mit einem Durchgangsloch 48, dessen Randbereich 50 sich aus der Zeichenebene erhebt, ist über dem Durchgangsloch 8 des Endes 4 der Scheibenhälfte 1 angeordnet, wobei sich der napfförmige Randbereich 10 des Durchgangslochs 8 in die Zeichenebene hinein erhebt. In der Scheibenhälfte 42 sind Rillen 52 ausgebildet, die sich aus der Zeichenebene heraus erheben. Die Rillen 52 sind in einem Winkel ß von 90° zu den Rillen 12 angeordnet, die sich in die Zeichenebene hinein erheben. Die beiden Scheibenhälften 1 und 42 werden zur Bildung einer Scheibe oder eines Flachrohrs an den Berührungsstellen der Rillen und im Randbereich 2 und 3 miteinander verlötet.
In Figur 6 ist eine Vielzahl von Scheiben 60 miteinander verlötet. An der Unterseite sind die Durchgangslöcher der Scheiben 60 durch Abschlussscheiben 61 , 62 verschlossen. An der Oberseite der Scheiben 60 sind an den Enden auf die Durchgangslöcher Anschlussstutzen 67, 68 aufgesetzt. Durch einen der Anschlussstutzen 67, 68 kann das zu kühlende Medium in das Innere der Scheiben 60 eingeführt werden. Aus dem anderen Anschlussstutzen 68, 67 kann das zu kühlende Medium aus den Scheiben 60 austreten.
In Figur 7 ist die Abschlussscheibe 61 perspektivisch vergrößert dargestellt. Die Abschlussscheibe 61 hat die Gestalt einer Kreisscheibe 64, die eine kreisrunde, zentrale Erhöhung 65 aufweist. Der Außendurchmesser der kreisrunden Erhöhung 65 ist an den Innendurchmesser des zugehörigen Durchgangslochs der jeweiligen Scheibe angepasst.
In den Figuren 8 und 9 sieht man, dass der in Figur 6 perspektivisch dargestellte Stapelscheiben-Warmetauscher sieben Scheiben 71 bis 77 umfasst, die übereinander gestapelt sind. Im Inneren der Scheiben 71 bis 77 ist eine Vielzahl von im Wesentlichen zick-zack-förmigen Strömungswegen für das zu kühlende Medium ausgebildet, die zwischen den Scheiben 71 bis 77 geradlinig durch die vertieften Bereiche zwischen jeweils zwei Rillen von einer Seite zu der entgegengesetzten Seite der entsprechenden Scheibenhälfte verlaufen.
In Figur 10 ist ein Wasserkasten 78 dargestellt, in dem der in Figur 6 darge- stellten Stapelscheiben-Warmetauscher eingebaut ist. Die Scheiben 60 sind innerhalb des Wasserkastens 78 angeordnet. Die Abschlussstutzen 67, 68 ragen aus dem Wasserkasten 78 heraus.
In Figur 11 ist der Wasserkasten 78 aus Figur 10 an eine Seite eines Kühl- netzes 79 angebaut. An die andere Seite des Kühlnetzes 79 ist ein weiterer Wasserkasten 80 angebaut. Die beiden Wasserkästen 78 und 80 und das Kühlnetz 79 bilden zusammen einen Kühlmittelkühler 81 eines (nicht dargestellten) Kraftfahrzeugs.
Die Profilierung der Scheibenhälften 1 und 42 ist so ausgelegt, dass sich die
Wellenprofile beim Aufeinanderlegen der Scheiben punktuell berühren. Daraus ergeben sich im Inneren der Scheiben immer wieder Richtungsänderungen für das durchströmende zu kühlende Medium. Die Vielzahl der Berührungsstellen, an denen die beiden Scheibenhälften miteinander verlötet sind, gewährleistet eine gute Druckstabilität. Der Schenkelwinkel der Profilierung beträgt 45° zur Hauptströmungsrichtung des zu kühlenden Mediums. Der hydraulische Durchmesser beträgt 1 ,8 mm. Der Einprägewinkel liegt in einem Bereich zwischen 20° und 60° zur Hauptströmungsrichtung. Der hydraulische Durchmesser kann zwischen 1 ,5 mm und 2,5 mm variieren.
Die großflächige Ausprägung im Ein- und Austrittsbereich ermöglicht eine dichte Scheibenverbindung, ohne dass zusätzliche Bauteile verwendet werden müssen. Die Scheibenhälften weisen waagerechte Lötflächen auf, wodurch ein ausreichender Strömungsdurchtritt des Kühlmittels auf der Außen- seite des Kühlers gewährleistet wird. Die Scheibenhälften sind an ihrem umlaufenden Rand vorzugsweise leicht abgewinkelt. Dadurch wird die Ebenheit der Scheibe in unverlötetem Zustand verbessert. Der Abkantwinkel beträgt zwischen 5° und 20°, vorzugsweise 10°. Die Scheibenhälften bestehen aus Aluminium und sind durch einen Radlötprozess miteinander verbunden.
In Figur 12 sieht man, dass jeweils zwei Scheibenhälften durch Lötmenisken 101 , 102 und 103, 104 miteinander verbunden sind. In Figur 13 sieht man, dass die Lötmenisken 101 bis 104 in der Draufsicht nahezu kreisrund ausgebildet sind. In Figur 14 ist eine Scheibenhälfte 1 eines erfindungsgemäßen Stapelscheiben-Wärmetauschers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel dargestellt. Zur Bezeichnung gleicher Teile werden die gleichen Bezugszeichen verwendet, wie bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die vorangegangene Beschreibung der Figur 1 verwiesen. Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen eingegangen.
Bei der in Figur 14 dargestellten Scheibenhälfte 1 sind die Randbereiche 110, 111 der Durchgangslöcher 8, 9 mit Einprägungen versehen. Der Randbereich 111 an dem Ende 5 der Scheibenhälfte 1 weist mäanderförmige Einprägungen 115 und 116 auf, die durch eine Verbindungssicke 117 verbunden sind. Der Randbereich 110 an dem Ende 4 der Scheibenhälfte 1 weist mäanderförmige Einprägungen 118 und 119 auf, die durch eine Ver- bindungssicke 120 miteinander verbunden sind. Jeweils zwei Scheibenhälften 1 , wie sie in Figur 14 dargestellt sind, werden, wie vorab beschrieben ist, zur Bildung einer Scheibe oder eines Flachrohrs, das auch als Leitungseinrichtung bezeichnet wird, an den Berührstellen der Rillen 12 und in den Randbereichen 2 und 3 sowie an den Einprägungen 118, 119 miteinander verlötet.
In Figur 15 ist eine Seitenansicht eines Kühlerblocks dargestellt, der mehrere übereinander gestapelte Flachrohre umfasst.
In Figur 16 ist die Ansicht eines Schnitts entlang der Linie XVI-XVl in Figur 14 dargestellt. In der Schnittansicht sieht man, dass verschiedene Flachrohre eines Kühlerblocks in Stapelbauweise im Bereich der mäanderförmigen Einprägungen 115, 116 sowie an den Einprägungen 118, 119 linienförmig miteinander verbunden sind.
In Figur 17 ist die Ansicht eines Schnitts entlang der Linie XVII-XVII in Figur 14 dargestellt. In der Schnittdarstellung sieht man, dass durch die mäanderförmigen Einprägungen 116 die Anzahl der im Wesentlichen linienförmigen Kontaktflächen vergrößert wird. Die mäanderförmigen Einprägungen 116 werden auch als Verstärkungssicken bezeichnet. Hier sieht man, wie die Einprägungen am Scheibenende sowohl auf der Innenseite als auch auf der Außenseite des Stapeischeiben-Wärmetauschers miteinander verlötet sind.
In Figur 18 ist die Ansicht eines Schnitts entlang der Linie XVIII-XVIII in Figur 14 dargestellt. Hier sieht man, wie die Einprägungen 119 an dem Scheibenende 4 sowohl auf der Innenseite als auch auf der Außenseite des Stapelscheiben-Wärmetauschers miteinander verlötet sind.
In Figur 19 ist eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit XIX aus Figur 14 gezeigt. Die Form der Einprägungen 118, 119 ist so ausgeführt, dass übereinander gestapelte Scheiben linienförmig sowohl auf der Innen- als auch auf der Außenseite miteinander verlötet sind. Hierdurch steigt die Innendruckfestigkeit eines aus zwei Scheibenhälften gebildeten Rohres stark an. Die Scheibenverbindungen sind in Figur 19 mäanderförmig dargestellt.
In Figur 20 ist eine Leitungseinrichtung 140, die auch als Flachrohr oder Kurzrohr bezeichnet wird, im aufgeklappten Zustand dargestellt. Das Flachrohr 140 wird von einer Platte 142 gebildet, die im Wesentlichen die Gestalt eines Rechtecks aufweist, dessen Ecken abgerundet sind. Bei der Platte 142 handelt es sich um ein Stanzteil aus Aluminiumblech, das eine Biegekante 143 aufweist, durch welche die Platte 142 in Längsrichtung in zwei gleich große Hälften 145, 146 unterteilt wird, die auch als Scheibenhälften bezeichnet werden. Die beiden Scheibenhälften 145, 146 entsprechen, abgesehen von ihrer einstückigen Ausbildung den Scheibenhälften der vorangegange- nen Ausführungsbeispiele. Die Platte 142 wird außen von einem umlaufenden Rand 148 begrenzt, der dazu dient, die beiden Plattenhälften 145, 146 im zusammengefalteten oder zusammengeklappten Zustand miteinander zu verlöten. Innerhalb des umlaufenden Rand.es 148 sind die Plattenhälften 145, 146 mit eingeprägten Rillen versehen, wie sie vorab beschrieben sind.
In Figur 21 ist das Rohr 140 im teilweise geschlossenen Zustand dargestellt.
In Figur 22 ist das Rohr 140 im geschlossenen Zustand in der Draufsicht dargestellt. Bei dem Rohr 140 handelt es sich um das oberste Flachrohr ei- nes Stapelscheiben-Wärmetauschers mit mehreren übereinander gestapelten Flachrohren.
In Figur 23 ist eine Seitenansicht des Stapelscheiben-Wärmetauschers aus Figur 22 dargestellt. In der Seitenansicht sieht man, dass der Stapelscheiben-Warmetauscher neben dem Flachrohr 140 noch sechs weitere Flachrohre 150 bis 155 umfasst, die in Stapelbauweise miteinander verlötet sind.
In Figur 24 ist die Ansicht eines Schnitts entlang der Linie XXIV-XXIV in Fi- gur 22 dargestellt. In der Schnittansicht sieht man, dass der Stapelscheiben- Warmetauscher aus zusammengefalteten Flachrohren .140, 150 bis 155 gebildet ist. Durch die einstückige Ausbildung der Flachrohre verringert sich die für den Aufbau des Stapelscheibenwärmetauschers notwendige Teileanzahl auf die Hälfte. Die gefalteten Flachrohre haben den Vorteil, dass sich die Länge der Dichtlötnaht um nahezu die Hälfte reduziert.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Stapelscheiben-Warmetauscher, insbesondere Intank-Ölkühler, der in einen Kühlmittelkasten eines Kühlmittelkühlers eingebaut ist, für Kraftfahrzeuge, mit mehreren aufeinander gestapelten und miteinander verbundenen, insbesondere verlöteten, länglichen Scheiben (71-77), die aus jeweils zwei Scheibenhälften zusammengesetzt sind und ei- nen Hohlraum zum Durchführen eines zu kühlenden Mediums, wie Öl, in Längsrichtung der Scheiben umschließen, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Scheibenhälften (1 ,42) eine Vielzahl von Rillen (21- 30) aufweist, die von einer Längsseite (2) zu der entgegengesetzten Längsseite (3) der Scheibenhälfte (1) verlaufen.
Stapelscheiben-Warmetauscher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die länglichen Scheiben aus jeweils zwei gleichen, um 180° zueinander gedrehten Scheibenhälften (1 ,42) zusammengesetzt sind.
Stapelscheiben-Warmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen geradlinig von einer Längsseite zu der entgegengesetzten Längsseite der Scheibenhälfte verlaufen.
Stapelscheiben-Warmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (21-30) einseitig in jeder Scheibenhälfte (1 ) ausgeprägt sind.
5. Stapelscheiben-Warmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (21-30) an den Längsseiten von einem umlaufenden Rand begrenzt werden.
6. Stapelscheiben-W rmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Scheibe von zwei aneinander anliegenden Scheibenhälften (1 ,42) gebildet wird, deren Rillen (12,52) nach außen ausgeprägt sind.
7. Stapelscheiben-Warmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Scheiben (71 ,72) mit ihren von den Rillen gebildeten erhabenen Bereichen aneinander anliegen und miteinander verlötet sind.
8. Stapelscheiben-Warmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (21-30) in einem Winkel von 35° bis 55°, insbesondere von 45°, zur Längsachse (31 ) der zugehörigen- Scheibenhälfte (1 ) verlaufen.
9. Stapelscheiben-Warmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (12,52) von zwei aneinander anliegenden Scheibenhälften (1 ,42) in einem Winkel von 70° bis 110°, insbesondere von 90°, zueinander angeordnet sind.
10. Stapelscheiben-Warmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (21-30) eine Tiefe von 0,5 bis 1 ,5 mm, insbesondere von 1 ,15 mm, aufweisen.
11. Stapelscheiben-Warmetauscher nach einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (21-30) einer Scheibenhälfte (1 ) parallel zueinander in einem Abstand von 3 bis 5 mm, insbesondere von 4 mm, zueinander angeordnet sind.
12. Stapelscheiben-Warmetauscher nach einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenhälften (1 ,42) eine Breite von etwa 20 bis 120 mm, insbesondere von, 20 bis 50 mm, aufweisen.
13. Stapelscheiben-Warmetauscher nach einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Durchmesser einen Wert von 1 ,5 bis 2,5 mm, insbesondere 1 ,8 mm, aufweist.
14. Stapelscheiben-Warmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenhälften (1 ,42) aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Aluminium oder Edelstahl, gebildet sind.
15. Stapelscheiben-Warmetauscher nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Seite der Scheibenhälften (1 ,42) mit Löthilfsmaterial beschichtet ist.
16. Stapelscheiben-Warmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenhälften (1 ) als Zuflussleitungen und Abflussleitungen je ein Paar Durchgangslöcher (8,9) aufweisen.
17. Stapelscheiben-W rmetauscher nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Randbereich (10,11 ;110,111 ) der Durchgangslöcher (8,9) erhaben ausgebildet ist.
18. Stapelscheiben-Warmetauscher nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Randbereich (110;111 ) der Durchgangslöcher (8,9) Einprägungen (115-120) vorgesehen sind.
19. Stapelscheiben-Warmetauscher nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Einprägungen (115,116,118,119), im Schnitt betrachtet, wellenförmig mit Wellenbergen und Wellentälern ausgebildet sind.
20. Stapelscheiben-Warmetauscher nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Scheibenhälften (1 ) sowohl auf ihrer Innenseite als auch auf ihrer Außenseite im Wesentlichen linienförmig mit den jeweils benachbarten Scheibenhälften verlötet sind.
21. Stapelscheiben-Warmetauscher nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Einprägungen (115,116,118,119), in der Draufsicht betrachtet, mäanderförmig zumindest teilweise um die Durchgangslöcher (8,9) herum verlaufen.
22. Stapelscheiben-Warmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Scheibenhälften (145,146) durch eine in Längsrichtung oder in Querrichtung verlaufende Biegekante (143) einstückig miteinander verbunden sind, um eine Leitungseinrichtung (140) für das zu kühlende Medium zu bilden.
23. Stapelscheiben-Warmetauscher nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungseinrichtung (140) von einer im Wesentlichen rechteckförmigen Platte (142) gebildet wird, die durch die Biege- kante (143) in zwei längliche Hälften (145,146) unterteilt ist, die zusammengefaltet sind.
24. Stapelscheiben-Warmetauscher nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (142) einen gegenüber der Plattenoberfläche erhabenen umlaufenden Rand (148) aufweist.
25. Stapelscheiben-Warmetauscher nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der umlaufende Rand (148) an den Schnittpunkten mit der Biegekante (143) unterbrochen ist.
26. Stapelscheiben-Warmetauscher nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Plattenhälften (145,146) im zusammengefalteten Zustand mit dem umlaufenden Rand (148) aneinander anliegen.
7. Kraftfahrzeugkühler mit mindestens einem Wasserkasten, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stapelscheiben-Warmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche in den Wasserkasten eingebaut ist.
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