DE19523475C1 - Plattenwärmetauscher, insbesondere Ölkühler sowie Herstellungsverfahren - Google Patents

Description

Plattenwärmetauscher, insbesondere Ölkühler sowie Herstellungsverfahren Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher, insbesondere Ölkühler mit einem Stapel von Wärmetauscherplatten, die unter Bildung von getrennten Strömungskanälen für die wärmeaustauschenden Medien ineinanderliegen und fügetechnisch verbunden sind und bei dem die Ein- und Austrittsmündungen für wenigstens das eine Medium auf der gleichen Seite des Plattenstapels liegen, mit in den Ein- und Austrittskanälen vorge­ sehenen Einsätzen zur Strömungsumlenkung in Mäanderform, wobei der eine Einsatz den einen Ein- oder Ausströmkanal im wesentlichen sperrt und der andere Einsatz den anderen Ein- oder Ausströmkanal bereichsweise hülsenartig auskleidet. Ferner betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für den bezeichneten Plattenwärmetauscher.

Der so definierte Plattenwärmetauscher ist aus der DE 30 20 557 A1 bekannt. Die Ein­ sätze in den Ein- und Austrittskanälen sind hier als Umlenkmittel bezeichnet und beste­ hen aus einem Rohr und einer oder mehreren Trennscheiben, die zu einer Strömungsum­ lenkung in Mäanderform führen. Nachteilig ist hier, daß die Umlenkmittel fest eingelö­ tet sind, so daß der Plattenwärmetauscher hinsichtlich seiner Leistungsparameter festge­ legt ist. Wird ein Plattenwärmetauscher mit anderen Leistungsparametern gefordert, so muß dieser mit geänderten Umlenkmitteln neu hergestellt werden, was entsprechenden Aufwand erfordert.

Aus der DE 30 21 246 A1 ist ein Plattenwärmetauscher bekannt, der dort zur Kühlung eines flüssigen Nahrungsmittels vorgesehen ist. Die in den Ein- und Austrittskanälen angeordneten Einsätze sind etwa rohrförmig mit einer Reihe von Ausschnitten und Leitelementen und dienen der Vergleichmäßigung der Strömung in allen Strömungska­ nälen, insbesondere in den vom Strömungsmitteleintritt bzw. -austritt entfernt liegenden Bereichen, wodurch Einfluß auf die Senkung der Druckverluste genommen wird. In diesem Plattenwärmetauscher werden alle Strömungskanäle in einer Richtung durch­ strömt. Eine mehrfache, wie in einem sogenannten Mehrflußprinzip vorhandene Durch­ strömung wird und soll hier nicht erreicht werden.

Wärmetauscher mit mehrfacher mäanderartiger Durchströmung sind ferner bekannt, aus der DE-AS 22 09 395, die eine in einem Kanal eingesetzte und verlötete sogenannte Versteifungsplatte vorsieht, die die teilweise Strömungsumlenkung bewirkt. In der DE 35 36 316 A1, die einen Ölkühler in Scheibenbauweise betrifft, wird durch den Einbau von Zwischenwänden mit Durchbrechungen die mäanderförmige Durchströmung des Kühlers erreicht. Diese Lösungen sind ebenfalls deshalb unvollkommen, weil die Durchströmung nicht weiter variierbar ist, d. h. die Strömungsumlenkelemente sind fest eingebaut und nicht von ihrem Ort entfernbar. Sie werden während des Montageprozes­ ses eingelegt und in dem nachfolgenden Fügeprozeß fest verbunden, gewöhnlich gelö­ tet.

Die Aufgabe der Erfindung wird darin gesehen, einen Plattenwärmetauscher, insbeson­ dere Ölkühler mit den Merkmalen des Oberbegriffes zur Verfügung zu stellen, der eine Mehrfachdurchströmung aufweisen und deshalb bei geringerem Mengenstrom über eine beachtliche Kühlleistung verfügen soll und der sehr herstellungsfreundlich sowie in seinen Leistungsparametern variierbar ist.

Die Herstellungsfreundlichkeit wurde erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 5 realisiert. Danach kommen Einsätze zur Anwendung, die aus einem einheitlichen Bauteil bestehen und in einem Arbeitsschritt eingesetzt werden. Nachfol­ gend wird der die Einsätze verbindende Kupplungsteil des Bauteils entfernt, beispiels­ weise abgetrennt. Die Verteilungseinsätze sind bevorzugt aus einem geeigneten Kunst­ stoff hergestellt. Sie sind durch Klemm- oder Spannkräfte im Inneren der Ein- und Aus­ trittskanäle gehalten. Die vor dem Einsetzen in die Kanäle verbundenen Verteilungsein­ sätze besitzen eine Reihe von fertigungstechnischen Vorteilen. So kann es beispielswei­ se nicht vorkommen, daß versehentlich falsche Verteilungseinsätze angewendet werden oder ein Verteilungseinsatz vergessen wird. Für die Funktion des Plattenwärmetau­ schers ist es ohne Bedeutung, ob der eine Einsatz in den Einströmkanal und der andere Einsatz in den Ausströmkanal oder umgekehrt eingesetzt wurde, wenn nur jeweils die nachstehend beschriebenen unterschiedlich gestalteten Einsätze verwendet werden. Aus diesem Grund ist in den Ansprüchen von Ein- oder Ausströmkanal die Rede.

Das Einsetzen ist in einem Arbeitsgang ausführbar und läßt sich sehr gut in die Ferti­ gungslinie für Plattenwärmetauscher einfügen. Die Mehrfachdurchströmung, die eine wesentliche Steigerung der Kühlleistung zur Folge hat, sowie die Herstellungsfreund­ lichkeit werden erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 erreicht. Die Merkmale der Ansprüche 2 bis 4 dienen der Ausgestaltung und Präzisie­ rung.

Der erfindungsgemäße Plattenwärmetauscher zeichnet sich durch einen mäanderförmi­ gen Strömungsweg des Kühlmittels aus, mit einem Einsatz in dem einen Ein- oder Aus­ strömkanal, der diesen im wesentlichen an einer vorbestimmten Stelle absperrt und mit einem zweiten Einsatz in dem anderen Ein- oder Ausströmkanal, der diesen Kanal be­ reichsweise, d. h. nur über einen Teil seiner Gesamtlänge hülsenartig auskleidet. Der eine Einsatz ist vorzugsweise scheibenartig und elastisch verformbar, um sich gut an einer vorbestimmten Stelle, an einem Plattenstoß, innerhalb des einen Ein- oder Aus­ strömkanales, anzuschmiegen und seine Abdichtfunktion zu erfüllen. Der andere Einsatz ist im wesentlichen eine Hülse mit am im Inneren des anderen Kanals befindlichen Ende angeordneter umlaufender Dichtlippe. Die vorgesehenen Abdichtstellen in den Strö­ mungskanälen befinden sich auf unterschiedlicher Höhe. Eine günstige dreifache Durchströmung ergibt sich, wenn der scheibenartige Einsatz etwa in halber Höhe des Befestigungsendes des hülsenartigen Einsatzes vorgesehen wird. Zur zusätzlichen Be­ festigung und Einführung besitzt der scheibenartige Einsatz einen Einführungsteil, das einen Befestigungsring trägt, der an dem einen Anschlußflansch verklemmt oder einge­ spannt ist. Der andere Einsatz, die Hülse, besitzt ebenfalls einen solchen Befestigungs­ ring, der in gleicher Weise an dem anderen Anschlußflansch gehalten ist. Die lösbare Befestigung der Einsätze ermöglicht den einfachen Austausch derselben und somit eine Leistungsanpassung des Plattenwärmetauschers an geforderte Werte.

Durch die von der Strömungsumlenkung bewirkte höhere Strömungsgeschwindigkeit wird die Kühlleistung des Plattenwärmetauschers wesentlich erhöht.

Nachfolgend wird die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Ölkühler im Schnitt mit im Einströmkanal angeordneter Abdichtscheibe und im Austrittskanal angeordneter Hülse;

Fig. 2 wie Fig. 1, mit einer Hülse im Eintrittskanal und einer Abdichtscheibe im Aus­ trittskanal;

Fig. 3 ein vorgefertigtes Bauteil mit den Einsätzen;

Fig. 4 ein Befestigungs-und Abdichtring;

Fig. 5 eine Dichtscheibe als Einsatz.

In den Fig. 1 und 2 ist die Mäanderform 3 des Durchströmweges des Mediums, in die­ sem Fall Wasser, durch den Ölkühler, dargestellt. Wie gut zu erkennen ist, bildet sich in jedem Fall eine mäanderartige Durchströmung des Ölkühlers aus, egal welcher der bei­ den Einsätze 10; 20 in welchem der Kanäle 5; 6 plaziert ist. Der in den Fig. 1 und 2 dar­ gestellte Ölkühler ist als Plattenwärmetauscher 1 aufgebaut und besteht beispielsweise aus 26 einzelnen Wärmetauscherplatten 2, die ineinandergestapelt und an ihren Berüh­ rungsstellen, am äußeren Rand und den inneren Plattenstößen 8, gelötet sind. Durch die Formgebung der Wärmetauscherplatten 2 sind getrennte Strömungskanäle für Öl 9 und Wasser 13 gebildet. Dargestellt sind nur die Ein- und Ausströmkanäle 5; 6 für Wasser, die durch die vertikal übereinanderliegenden Plattenstöße 8 der Wärmetauscherplatten 2 begrenzt und im Querschnitt rund sind. Der in den Abbildungen links befindliche Kanal ist als Einströmkanal 5 vorgesehen, während der Ausströmkanal 6 auf der rechten Seite angeordnet ist. Der Plattenwärmetauscher 1 ist auf einer Grundplatte 4 aufgebaut, die über nicht dargestellte Befestigungsvorrichtungen, beispielsweise in einem Kraftfahr­ zeug verfügt. An der Grundplatte 4 sind ferner die Anschlußflansche 25 für nicht dar­ gestellte Kühlwasseranschlüsse vorgesehen. Der obere Abschluß des Plattenwärmetau­ schers 1 wird durch eine Deckplatte 7 gebildet. In Fig. 1 befindet sich der scheibenför­ mige, den Einströmkanal 5 absperrende Einsatz 10 im von unten fünften Plattenstoß 8. Da in diesem Beispiel das gesamte Bauteil 50 aus Kunststoff hergestellt ist, besitzt die Scheibe 11 eine solch gute Elastizität, daß sie sich allseitig in dem Plattenstoß 8 an­ schmiegt und für ausreichende Dichtigkeit sorgt. Das Wasser strömt unten ein, gelangt bis zur Scheibe 11, verteilt sich horizontal in den Strömungskanälen 13, gelangt zur rechten Seite, wo es bis zur Dichtlippe 22 am oberen Ende der Hülse 21 aufsteigen kann und wieder gezwungen wird, horizontalen Weg zu nehmen, um im Einströmkanal 5 weiter nach oben bis zur Deckplatte 7 zu steigen und seinen Weg wieder nach rechts, zum Ausströmkanal 6 zu finden, über den das Wasser den Ölkühler wieder verläßt. Auf diesem mäanderartigen Durchströmweg hat das Wasser eine größere Wärmemenge von dem Öl aufgenommen und abgeführt als es bei einfacher Durchströmung der Fall sein könnte. Die Dichtlippe 22 an der Hülse 21 trägt dafür Sorge, daß das von oben in die Hülse 21 eintretende Wasser nicht wieder zurück in den Kanal 6 fließen kann. Das En­ de der Hülse 21 mit der Dichtlippe 22 befindet sich am von unten neunten Plattenstoß 8. Das Entfernen des Kupplungsteils 30 erfolgt nach Fig. 1 mit einem geeigneten Trennwerkzeug 26, das links, unten prinzipiell dargestellt ist.

Im Gegenbeispiel nach Fig. 2 steigt das einströmende Wasser in der Hülse 21 nach oben bis zur Deckplatte 7, weiter horizontal zum Ausströmkanal 6 und trifft dort auf die den Ausströmkanal 6 absperrende Scheibe 11, worauf der Strömungsweg horizontal in Richtung Einströmkanal 5 verläuft, wo das Wasser die Außenwandung 23 der Hülse 21 umspült und von dort, im unteren Bereich des Plattenwärmetauschers 1, wieder zum Ausströmkanal 6 gelangt, über den es den Wärmetauscher 1 wieder verläßt. In beiden Fällen ist die Durchströmung also mäanderartig. Der die Einsätze 10; 20 verbindende Kupplungsteil 30 ist nach Fig. 2 bereits entfernt worden. Diese Darstellung zeigt den Ölkühler im einsatzbereiten Zustand.

Die Einzelheiten des Spritzguß-Bauteiles 50 mit den beiden Einsätzen 10; 20, dem Ein­ führungsteil für den Einsatz 10, den Positionierungsanschlägen 31, die sich am Kupp­ lungsteil 30 befinden und im eingesetzten Zustand (siehe auch Fig. 1 und 2) an den An­ schlußflanschen 25 anschlagen, sind am besten aus der Fig. 3 zu entnehmen. In der glei­ chen Höhe ist der Verbindungsquerschnitt zwischen dem Kupplungsteil 30 und den Einsätzen 10; 20 schwächer ausgebildet, wodurch sich Trennstellen 32 ergeben, die das einfachere Abtrennen des Kupplungsteiles 30 - immer an der gleichen Stelle - gewähr­ leisten. Dazu kann ein geeignetes Trennwerkzeug 26 verwendet werden. Die Trennstel­ len 32 sowie die Positionierungsanschläge 31 sind in einem zu Fig. 3 gehörenden Quer­ schnitt, unterhalb der Hauptfigur, extra dargestellt worden.

Die Fig. 4 zeigt in zwei Ansichten einen Befestigungs-und Abdichtring 24, der ein Be­ standteil des Bauteiles 50 ist und dessen Funktion darin besteht, sowohl die Einsätze 10; 20 in ihrer Lage in den Ein- oder Ausströmkanälen 5; 6 zusätzlich zu halten, als auch den Kanal 5; 6, in dem sich der Einsatz 20, also die Hülse 21, befindet, am unteren Ende abzudichten.

Eine geeignete Dichtscheibe 11 ist in drei Ansichten in Fig. 5 enthalten. Sie besteht aus vier Flügel 111, die sich im eingeschobenen Zustand an den Rändern 112 überlappen und so die ausreichende Dichtigkeit gewährleisten. Eine solche Gestaltung der Dicht­ scheibe 11 besitzt den Vorteil, daß sie sich leicht durch den Ein- oder Ausströmkanal 5; 6, an den Plattenstößen 8 vorbei, bis zur vorgesehenen Abdichtstelle im Kanal 5; 6 schieben läßt. Darüber hinaus ist die Herstellung aus Kunststoff relativ einfach zu be­ werkstelligen.

Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung auf andere Ausführungsformen erwei­ terbar, die mit erfaßt sein sollen. So könnte beispielsweise das Einführungsteil 12 des scheibenförmigen Einsatzes 10 nicht als zentrischer Stab sondern ebenfalls als im Quer­ schnitt rohrartiges Teil - allerdings mit großen mantelseitigen Öffnungen - ausgebildet sein. Ebenfalls ist nicht unbedingt notwendig, die Abdichtstellen auf die Höhe der Plat­ tenstöße 8 zu positionieren. Der Einsatz 10, der als scheibenartig beschrieben wurde, könnte ebenfalls anders ausgebildet sein, wenn er nur, wie in Anspruch 1 definiert, ge­ eignet ist, den einen Kanal 5; 6 im wesentlichen abzudichten. Deshalb ist hier auch eine pfropfenartige Gestaltung denkbar. Die dürfte dann vorzuziehen sein, wenn ein anderer etwas steiferer Werkstoff ausgewählt wird.

Vor allem ist das Verfahren zur Herstellung von Plattenwärmetauschern, bei denen Ein­ sätze 10; 20 in die Ein- und Ausströmkanäle 5; 6 eingesetzt werden nicht auf solche be­ schränkt, die eine dreifache mäanderartige Durchströmung des Wärmetauschers bewir­ ken. Eine ganze Reihe anders gestaltete und die Strömung beeinflussende Einsätze könnten nach dem beanspruchten Verfahren eingebaut werden.

Claims (7)

1. Plattenwärmetauscher, insbesondere Ölkühler mit einem Stapel von Wärmetau­ scherplatten, die unter Bildung von getrennten Strömungskanälen für die wärmeaus­ tauschenden Medien ineinanderliegen und fügetechnisch verbunden sind und bei dem die Ein- und Austrittsmündungen für wenigstens das eine Medium auf der gleichen Seite des Plattenstapels liegen, mit in den Ein- und Ausströmkanälen vorgesehenen Einsätzen zur Strömungsumlenkung in Mäanderform, wobei der eine Einsatz (10) den einen Ein- oder Ausströmkanal (5) im wesentlichen sperrt und der andere Einsatz (20) den anderen Ein- oder Ausströmkanal (6) bereichsweise hülsenartig auskleidet, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsätze (10; 20) als ein einziges Spritzgußteil (50) hergestellt sind, die durch ein Verbindungsteil (30) verbunden sind und, daß die Einsätze (10; 20) lösbar in dem Einströmkanal (5) und in dem Ausströmkanal (6) befestigt sind.

2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsteil (30) des Spritzgußteiles (50) Positionierungsanschläge (31) zur korrekten Lagebestimmung der Einsätze (10; 20) im Plattenwärmetauscher (1) aufweist und Soll­ bruchstellen (32) beziehungsweise Stellen zum vorbestimmten Abtrennen des Verbin­ dungsteiles (30) nach dem Einsetzen vorhanden sind.

3. Plattenwärmetauscher nach den Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Einsatz (10) eine elastisch verformbare Scheibe (11) ist, die von einem Ein­ führungsteil (12) getragen ist und die den einen Ein- oder Ausströmkanal (5 oder 6) an vorbestimmter Stelle abdichtet und der andere Einsatz (20) eine Hülse (21) mit am im Inneren des anderen Kanals (5 oder 6) befindlichen Ende angeordneter umlaufender äußerer Dichtlippe (22), um in diesem anderen Kanal (5 oder 6) an vorbestimmter Stelle zwischen der Außenwandung (23) der Hülse (21) und dem Inneren des Platten­ wärmetauschers (1) gegen von oben einströmendes Medium abzudichten und, daß so­ wohl am Einführungsteil (12) des Einsatzes (10) als am anderen Ende der Hülse (21) ein Befestigungs- bzw. Abdichtring (24) angeordnet ist, der jeweils an den Anschluß­ flanschen (25) für das Medium gehalten ist.

4. Plattenwärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abdichtstelle des Einsatzes (10) etwa 1/3 bis 2/3, vorzugsweise etwa 1/2 der Anordnungshöhe der Abdichtstelle des Einsatzes (20) vorgesehen ist.

5. Verfahren zur Herstellung eines Plattenwärmetauschers, insbesondere Ölkühlers, in dessen Ein- und Ausströmkanäle Einsätze zur Strömungsumlenkung eingesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (10) für den einen Ein- oder Ausströmkanal (5) und der Einsatz (20) für den anderen Ein- oder Ausströmkanal (6) als ein einheitli­ ches Bauteil (50) nach dem fügetechnischen Verbinden der einzelnen Wärmetau­ scherplatten (2) des Plattenwärmetauschers (1) in einem Arbeitsschritt eingesetzt und anschließend das die Einsätze (10; 20) verbindende Verbindungsteil (30) des Bau­ teils (50) entfernt wird.

6. Verfahren zur Herstellung eines Plattenwärmetauschers nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsteil (30) an vorgesehenen Sollbruchstellen (32) von den Einsätzen (10; 20) abgetrennt wird.

7. Verfahren zur Herstellung eines Plattenwärmetauschers nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsätze (10; 20) in den Kanälen (5; 6) lösbar be­ festigt, beispielsweise eingeklemmt werden.