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Die
Erfindung betrifft einen Stapelscheiben-Wärmetauscher, 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 Durchführen eines zu kühlenden
Mediums, wie Öl,
in Längsrichtung
der Scheiben umschließen.
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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 Scheibenhälften an
der Innen- und an der Außenfläche mit
kegelstumpfförmigen
Ausprägungen
versehen. Die Scheibenhälften
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.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Stapelscheiben-Wärmetauscher, 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 Durchführen eines zu kühlenden
Mediums, wie Öl,
in Längsrichtung
der Scheiben umschließen,
zu schaffen, der einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist. Der
erfindungsgemäße Stapelscheiben-Wärmetauscher
soll dennoch eine gute Verwirbelung des zu kühlenden Mediums in dem zwischen
den Scheibenhälften
ausgebildeten Hohlraum gewährleisten.
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Die
Aufgabe ist bei einem Stapelscheiben-Wärmetauscher, 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 Rillen für eine gute Verwirbelung des
zu kühlenden
Mediums.
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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.
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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.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Stapelscheiben-Wärmetauschers
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen einseitig in jeder 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.
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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 Scheibenhälften
zur Umgebung hin abgedichtet.
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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.
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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.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Stapelscheiben-Wärmetauschers
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen in einem Winkel 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.
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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°.
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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.
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Insbesondere
bei Kraftstoffkühlern
weisen die Rillen vorzugsweise eine Tiefe von 0,5 mm bis 1,5 mm
auf.
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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.
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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.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Stapelscheiben-Wärmetauschers
ist dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Durchmesser 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.
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Der
hydraulische Durchmesser zwischen zwei benachbarten Scheibenhälften 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.
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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.
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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.
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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.
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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 Scheibenhälften dichten
die Durchgangslöcher
und den mit den Durchgangslöchern
in Verbindung stehenden Hohlraum zwischen zwei Scheibenhälften gegenüber der
von Kühlmittel durchströmten Umgebung
ab.
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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.
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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.
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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 Scheibenhälften verlötet sind. Dadurch steigt die
Innendruckfestigkeit der aus jeweils zwei Scheibenhälften gebildeten Rohre
stark an.
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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.
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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.
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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.
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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 Leitungseinrichtung beträgt.
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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 Biegekante 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.
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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.
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Bei
einem Fahrzeugkühler
mit mindestens einem Wasserkasten, ist die oben angegebene Aufgabe
dadurch gelöst,
dass ein vorab beschriebener Stapelscheiben-Wärmetauscher in den Wasserkasten
eingebaut ist.
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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:
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1 eine
perspektivische Darstellung einer Scheibenhälfte;
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2 ein
Ende der Scheibenhälfte
aus 1 in der Untersicht;
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3 die
Ansicht eines Schnitts entlang der Linie III-III in 2;
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4 eine
perspektivische Darstellung von zwei Scheibenhälften;
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5 einen
vergrößerten Ausschnitt
aus 4;
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6 eine
perspektivische Darstellung von sieben Scheiben, die zu einem erfindungsgemäßen Stapelscheiben-Wärmetauscher
zusammengebaut sind;
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7 eine
vergrößerte, perspektivische
Darstellung einer Abschlussscheibe des in 6 dargestellten
Stapelscheiben-Wärmetauschers;
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8 die
Ansicht eines Querschnitts durch ein Ende des in 6 dargestellten
Stapelscheiben-Wärmetauschers;
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9 ein
Ende des in 6 dargestellten Stapelscheiben-Wärmetauschers
in der Seitenansicht;
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10 eine
perspektivische Darstellung eines Wasserkastens mit einem eingebauten
Stapelscheiben-Wärmetauscher;
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11 einen
Kühler
mit einem eingebauten Wasserkasten, wie er in 10 dargestellt
ist;
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12 eine
Darstellung der Lötmenisken
im Kanalschnitt;
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13 eine
Darstellung von nahezu kreisrunden Lötmenisken in der Draufsicht;
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14 einen
Stapelscheibenwärmetauscher
gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung in der Draufsicht;
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15 den
Stapelscheibenwärmetauscher aus 14 in
der Seitenansicht;
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16 die
Ansicht eines Schnitts entlang der Linie XVI-XVI in 14;
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17 die
Ansicht eines Schnitts entlang der Linie XVII-XVII in 14;
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18 die
Ansicht eines Schnitts entlang der Linie XVIII-XVIII in 14;
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19 eine
vergrößerte Darstellung
der Einzelheit XIX aus 14;
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20 eine
erfindungsgemäße Leitungseinrichtung
im aufgeklappten Zustand in der Draufsicht;
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21 die
Leitungseinrichtung aus 20 im
halb zusammengeklappten Zustand;
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22 einen
Stapelscheiben-Wärmetauscher
mit einer geschlossenen Leitungseinrichtung, wie sie in den 20 und 21 dargestellt
ist, im geschlossenen Zustand in der Draufsicht;
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23 den
Stapelscheiben-Wärmetauscher aus 22 in
der Seitenansicht und
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24 die
Ansicht eines Schnitts entlang der Linie XXIV-XXIV in 22.
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In 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.
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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 geradlinig, zum Beispiel wellen- oder zick-zack-förmig verlaufen.
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In 2 ist
das Ende 4 der Scheibenhälfte 1 aus 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.
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In 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.
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In 4 sind
zwei Scheibenhälften 1 und 42 perspektivisch
dargestellt. Die Seiten der Scheibenhälften 1 und 42 auf
denen sich die Rillen erheben, sind voneinander abgewandt.
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In 5 sieht
man, dass die Scheibenhälfte 42 exakt
die gleiche Gestalt aufweist wie die Scheibenhälfte 1. Allerdings
ist die Scheibenhälfte 42 gegenüber 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 β 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.
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In 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.
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In 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.
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In
den 8 und 9 sieht man, dass der in 6 perspektivisch
dargestellte Stapelscheiben-Wärmetauscher
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.
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In 10 ist
ein Wasserkasten 78 dargestellt, in dem der in 6 dargestellten
Stapelscheiben-Wärmetauscher
eingebaut ist. Die Scheiben 60 sind innerhalb des Wasserkastens 78 angeordnet. Die
Abschlussstutzen 67, 68 ragen aus dem Wasserkasten 78 heraus.
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In 11 ist
der Wasserkasten 78 aus 10 an
eine Seite eines Kühlnetzes 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.
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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.
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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 Außenseite
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.
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In 12 sieht
man, dass jeweils zwei Scheibenhälften
durch Lötmenisken 101, 102 und 103, 104 miteinander
verbunden sind. In 13 sieht man, dass die Lötmenisken 101 bis 104 in
der Draufsicht nahezu kreisrund ausgebildet sind.
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In 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 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel.
Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die vorangegangene Beschreibung
der 1 verwiesen. Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede
zwischen den Ausführungsbeispielen
eingegangen.
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Bei
der in 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
mäandertörmige Einprägungen 115 und 116 auf,
die durch eine Verbindungssicke 117 verbunden sind. Der
Randbereich 110 an dem Ende 4 der Scheibenhälfte 1 weist
mäandertörmige Einprägungen 118 und 119 auf,
die durch eine Verbindungssicke 120 miteinander verbunden
sind. Jeweils zwei Scheibenhälften 1,
wie sie in 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.
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In 15 ist
eine Seitenansicht eines Kühlerblocks
dargestellt, der mehrere übereinander
gestapelte Flachrohre umfasst.
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In 16 ist
die Ansicht eines Schnitts entlang der Linie XVI-XVI in 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.
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In 17 ist
die Ansicht eines Schnitts entlang der Linie XVII-XVII in 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 Stapelscheiben-Wärmetauschers
miteinander verlötet
sind.
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In 18 ist
die Ansicht eines Schnitts entlang der Linie XVIII-XVIII in 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.
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In 19 ist
eine vergrößerte Darstellung der
Einzelheit XIX aus 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 19 mäanderförmig dargestellt.
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In 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 vorangegangenen 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 Randes 148 sind die Plattenhälften 145, 146 mit
eingeprägten
Rillen versehen, wie sie vorab beschrieben sind.
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In 21 ist
das Rohr 140 im teilweise geschlossenen Zustand dargestellt.
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In 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.
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In 23 ist
eine Seitenansicht des Stapelscheiben-Wärmetauschers aus 22 dargestellt.
In der Seitenansicht sieht man, dass der Stapelscheiben-Wärmetauscher
neben dem Flachrohr 140 noch sechs weitere Flachrohre 150 bis 155 umfasst,
die in Stapelbauweise miteinander verlötet sind.
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In 24 ist
die Ansicht eines Schnitts entlang der Linie XXIV-XXIV in 22 dargestellt.
In der Schnittansicht sieht man, dass der Stapelscheiben-Wärmetauscher 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.