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Die
Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager,
insbesondere einen Stapelscheibenwärmeübertrager für einen Verbrennungsmotor nach
dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Wärmeübertrager,
insbesondere Plattenwärmeübertrager,
werden bei Kraftfahrzeugen vielfach als so genannte Stapelscheibenwärmeübertrager eingesetzt,
insbesondere als Stapelscheiben-Ölkühler, wobei
das Motoröl
durch Kühlmittel
des Kühlkreislaufes
des Verbrennungsmotors gekühlt
wird. Die Stapelscheibenbauweise ist aus diversen Offenlegungsschriften
der Anmelderin bekannt, z. B. aus der DE-A 197 11 258, DE-A 197
50 748 und der DE-A 43
14 808. Mehrere Stapelscheiben mit einem umlaufenden Rand sind zu
einem Stapel aufgeschichtet, miteinander stoffschlüssig verbunden,
insbesondere verlötet,
verschweißt,
verklebt usw. und bilden getrennte Durchströmungsräume für mindestens ein Wärmetauschermedium,
insbesondere für
zwei Wärmetauschermedien,
z. B. Motoröl
und Kühlmittel.
Der Stapel wird mit einer so genannten Grundplatte – vielfach
auch unter Zwischenlage einer Verstärkungsplatte – verlötet, verschweißt, verklebt
usw. wobei die Grundplatte einerseits der Befestigung des Wärmeübertragers,
insbesondere des Ölkühlers, am
Motorblock des Verbrennungsmotors und andererseits dem Anschluss
des Wärmeübertragers,
insbesondere des Ölkühlers, an
den Motorölkreislauf
dient. Für diese
Anschlussverbindung sind sauber bearbeitete Flächen mit geringer Rautiefe
erforderlich. Eine derartige Ölanschlussverbindung
ist in der DE-A 197 11 258 dargestellt: dabei liegt ein O-Ring in
einer Ringnut des Motorblockes und dichtet diesen im Bereich von
Anschlussöffnungen
gegenüber
der Unterseite der Grundplatte des Stapelscheibenölkühlers ab.
Voraussetzung für
eine einwandfreie Abdichtung ist eine ebene und glatte Außenfläche der
Grundplatte.
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Beim
stoffschlüssigen
Verbinden des Wärmeübertragers,
insbesondere beim Löten,
Schweißen
oder Kleben usw., eines Stapelscheiben-Ölkühlers kann es vorkommen, dass überflüssiges Prozessmedium,
insbesondere Lot durch die Anschlussöffnungen der Grundplatte aus
dem Inneren des Stapelscheiben-Ölkühlers nach
außen
gelangt und an der Grundplatte, insbesondere deren Außenseite, insbesondere
als konzentrischer Ring oder als Ellipse, haften bleibt und sich
ferner auf der Vorrichtung zum Erzeugen der stoffschlüssigen Verbindung,
insbesondere auf der Lötvorrichtung,
mit der die Stapelscheibenwärmeübertrager
gelötet
werden, absetzt. Das überflüssige Prozessmedium,
insbesondere das Lot, führt
zu so genannten Lotausblühungen
und zu Verunreinigungen bzw. Anfressungen der Oberflächen. Mit überflüssigem Prozessmedium,
insbesondere mit Lot, befleckte Grundplatten müssen daher nach dem Löten nachbearbeitet
oder gereinigt werden, damit man eine saubere Dichtfläche erhält. Zudem
führt überflüssiges Prozessmedium,
insbesondere das Lot, zu so genannten Lotausblühungen und Verunreinigungen
auf den Betriebsmitteln. Dies führt zu
Deformationen der Grundplatte im Bereich der Anschlussöffnungen.
Die Betriebsmittel müssen
neben den Grundplatten ebenfalls in einem zusätzlichen Arbeitsschritt von
den Rückständen des
ausgetreten Prozessmediums, insbesondere von dem Lot, befreit werden.
Unter Umständen
ist ein weiterer kostenintensiver Arbeitsgang erforderlich, wobei
die Dichtheit der Wärmetauscher
zusätzlich überprüft werden muss.
Dies ist sehr zeitaufwändig
und teuer.
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In
der
DE 691 01 606
T2 ist eine Reinigungslösung
für Kühlsysteme
aufgeführt,
die ein Nitratsalz sowie ein EDTA-Salz enthält, wobei eine wirksame Menge
eines Chelatbildners aus Sorbit oder einem Salz einer oder mehrer
Polyhydroxyzuckermono- oder dicarbonsäuren verwendet wird, dabei
werden Lotausblühungen
entfernt, ohne dass es zu einer Schwärzung oder Korrosion der Metalloberflächen kommt.
In der Reinigungslösung
ist ebenfalls ein Korrosionsschutzmittel, insbesondere zur Verhinderung einer
Korrosion von Aluminium, enthalten. Die Behandlung des Wärmeübertragers
und des Betriebsmittels mit einer derartigen Reinigungslösung müsste in
einem zusätzlichen
Arbeitsschritt durchgeführt werden.
Darüber
hinaus erfordert eine derartige Reinigung die Bereitstellung zusätzlicher
Betriebsmittel.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Wärmeübertrager sowie den Fügeprozess,
insbesondere den Löt-
oder Schweißprozess,
zur Herstellung eines Plattenwärmeübertragers,
insbesondere eines Stapelscheiben-Ölkühlers mit
Grundplatte, zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß weist
der Wärmeübertrager,
insbesondere der Stapelscheibenwärmeübertrager
für einen
Verbrennungsmotor, mindestens eine Platte auf, wobei insbesondere
mehrere Platten aufeinander stapelbar sind. Benachbart zu den gestapelten
Platten ist auf einer Seite mindestens eine Abdeckplatte und auf
einer anderen Seite, insbesondere gegenüber der Abdeckplatte, mindestens
eine Grundplatte angeordnet. In einem Fügeprozess, insbesondere in
einem Löt-
Schweiß-,
Klebeprozess usw. werden die Grundplatte, die gestapelten Platten und
die Abdeckplatte stoffschlüssig
miteinander verbunden. Die Grundplatte weist mindestens eine Öffnung mit
einem ersten Durchmesser für
eine Zu- und/oder Abfuhr mindestens eines Wärmeübertragungsmediums auf. Der
Wärmeübertrager
weist mindestens ein Reservoir für
mindestens ein Prozessmedium auf. Das Prozessmedium ist insbesondere überflüssiges Prozessmedium,
d.h. Prozessmedium des Fügeprozesses,
welches keine Bauteile benetzt und aus diesem Grund durch Anschlussöffnungen, insbesondere
in der Grundplatte, an die Außenseite der
Grundplatte gelangt und sich dort ablagert. Das überflüssige Prozessmedium ist beim
Lötprozess Lot,
ein Zusatzmetall, das schmilzt und das die zu fügenden Teile benetzt. Um alle
zu fügenden,
insbesondere zu lötenden
Teile, derart zu fügen,
dass sie gegeneinander abgedichtet sind, d.h. dass im Betrieb kein
Wärmeübertragungsmedium
durch die Fügestellen
tritt, wird sehr viel mehr Lot beim Fügeprozess zur Verfügung gestellt
als die Bauteile benetzt. Dieses restliche Lot ist überflüssiges Prozessmedium, das
durch das Reservoir aufgefangen wird. Das Lot ist insbesondere auf
den Platten aufgebracht und verflüssigt sich beim Überschreiten
einer bestimmten Temperatur. Auf den Platten ist zum Sicherstellen
der Fügeverbindungen
in allen Bereichen des Wärmeübertragers
sehr viel Prozessmedium, insbesondere Lot, aufgebracht. Während des
Fügeprozesses
fließt überflüssiges Prozessmedium,
insbesondere im Bereich der Austrittsöffnungen der Grundplatte, in
das Reservoir, wird im Reservoir gesammelt und gelangt nicht mehr
durch die Austrittsöffnungen
der Grundplatte an die Außenseite
der Grundplatte und an die Betriebsmittel. Zusätzliche zeitaufwändige und
teuere Arbeitsgänge
zur Entfernung des überflüssigen Prozessmediums,
insbesondere des Lots, an der Außenseite der Grundplatte und
an den Betriebsmitteln sowie zusätzliche
zeitaufwändige
und teuere Dichtheitsprüfungen
des Wärmeübertragers
entfallen. Beim Schweißen
wird unter anderem ebenfalls ein Zusatzwerkstoff in Form von Draht
oder Stäben
als abschmelzende Elektrode zugeführt. Beim Auftragsschweißen wird
ebenfalls ein Zusatzwerkstoff zugeführt. Dieser Zusatzwerkstoff
kann ebenfalls überflüssiges Prozessmedium
darstellen, welches sich im Reservoir sammelt. Beim Fügeprozess
Kleben sammelt sich überflüssiger Klebstoff
als überflüssiges Prozessmedium
im Reservoir.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind im Bereich
der Anschlussöffnungen
in der Grundplatte auf deren Innenseite ringförmige Vertiefungen vorgesehen,
die als Lotsperre wirken. Mit der Innen- bzw. Oberseite der Grundplatte
ist die unterste Scheibe des Stapels stoffschlüssig verbundnen, insbesondere
verlötet,
wobei die Außenseite
der untersten Stapelscheibe mit einer Lotplattierung versehen ist,
welche bei Erreichen der Löttemperatur
zu fließen beginnt.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung von
ringförmigen
Vertiefungen um die Anschlussöffnungen
herum wird das Lot am Herausfließen, d. h. in die Anschlussöffnung hinein
gehindert, es sammelt sich vielmehr besonders vorteilhaft in mindestens
einer Aussparung, insbesondere in ringförmigen Vertiefungen. Damit
befindet sich nach dem Lötprozess weder
an der Grundplatte noch an der Lötvorrichtung,
an so genannten Lötplatten
Lot – man
erhält also
auf Anhieb auf besonders vorteilhafte Weise eine saubere Dichtfläche an der
Grundplatte. Eine Nacharbeit – wie
bisher – ist
nicht erforderlich.
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In
einer weiteren Ausführung
umfasst der Wärmeübertrager
mindestens ein turbulenzerzeugendes Element, welches insbesondere
zwischen zwei benachbarten Platten eingebracht ist und mindestens
eine Turbulenzeinlagenöffnung
mit einem dritten Durchmesser aufweist. In vorteilhafter Weise wird
dadurch der Wärmeübergang
zwischen den Wärmetauschermedien
verbessert. Besonderes vorteilhaft sammelt sich überflüssiges Prozessmedium im Bereich
des turbulenzerzeugenden Elements und tritt nicht durch die Austrittsöffnungen
der Grundplatte aus.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Reservoir die
Aussparung. Besonders vorteilhaft sammelt sich in der Aussparung überflüssiges Prozessmedium.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung ist die Aussparung umlaufend und
insbesondere konzentrisch um die Öffnung der Grundplatte ausgebildet.
In vorteilhafter Weise kann dadurch sehr viel überflüssiges Prozessmedium in der
Aussparung gesammelt werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Aussparung als
Nut ausgebildet, welche insbesondere eine Breite b ≥ 0,1 mm, vorzugsweise insbesondere
eine Breite b = 1 mm, aufweist. Vorteilhafterweise ist die Nut besonders
einfach und kostengünstig
durch ein umformendes Fertigungsverfahren, wie Prägen, Stanzen
usw. und/oder durch ein abtragendes Fertigungsverfahren wie Drehen,
Fräsen,
Erodieren usw. herstellbar.
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In
einer weiteren Ausführung
weist die Nut eine Tiefe t ≥ 0,05mm,
insbesondere von 0,1 mm bis 1,0mm, auf. Versuche haben gezeigt,
dass bei diesen Werten der Nuttiefe t überflüssiges Prozessmedium besonderes
vorteilhaft in der Nut gesammelt wird und nicht an die Außenseite
der Grundplatte, d.h. nicht an die Seite der Grundplatte gelangt,
die beispielsweise einem möglichen
Antriebselement zugewandt ist.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung ist die Nut rechteckförmig und/oder
v-förmig und/oder
u-förmig
usw. ausgebildet. Diese Nutformen sind besonders einfach und kostengünstig herstellbar.
Insbesondere wird in Nuten mit diesen Nutformen überflüssiges Prozessmedium besonderes
vorteilhaft gesammelt.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung schließt mindestens
eine erste Nutflanke der Nut mit mindestens einer zweiten Nutflanke
der Nut einen Winkel α von
10° bis
180°, insbesondere
von 20° bis
90°, ein.
Versuche haben gezeigt, dass Nuten mit diesen Winkeln besonders
vorteilhaft überflüssiges Prozessmedium
sammeln. Zudem sind Nuten mit derartigen Win keln besonders vorteilhaft
und kostengünstig,
insbesondere durch umformende Verfahren wie Prägen, Stanzen usw. oder durch
abtragende Verfahren wie Drehen, Fräsen, Erodieren usw. herstellbar.
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In
einer weiteren Ausführung
der Erfindung ist der erste Durchmesser D1 kleiner als ein zweiter Durchmesser
D2 einer Durchtrittsöffnung
einer Platte, insbesondere einer untersten Scheibe, und insbesondere
ein erstes Durchmesserverhältnis
S1 des ersten Durchmessers D1 zum zweiten Durchmesser D2 ist größer als
0,3 und insbesondere zwischen 0,7 und 0,9.
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Besonders
vorteilhaft ist aufgrund des Durchmesserverhältnisses S1 der erste Durchmesser
D1 der Anschlussöffnung
der Grundplatte kleiner als der zweite Durchmesser D2 der Plattendurchtrittsöffnung.
Auf diese Weise wird besonders vorteilhaft im Übergangsbereich der Plattendurchtrittsöffnung der
Platte in die Anschlussöffnung
der Grundplatte eine Stufe gebildet, in der sich überflüssiges Prozessmedium
sammelt und nicht durch die Anschlussöffnung der Grundplatte nach
außen
tritt. Die Stufe, welche insbesondere umlaufend ausgebildet ist,
ist das Reservoir.
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In
einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein
zweiter Durchmesser D2 einer Durchtrittsöffnung einer Platte, insbesondere
einer untersten Scheibe, kleiner als ein dritter Durchmesser D3
einer Turbulenzeinlagenöffnung
eines turbulenzerzeugenden Elements, und insbesondere ist ein zweites
Durchmesserverhältnis
S2 des zweiten Durchmessers D2 zum dritten Durchmesser D3 kleiner
als 1 und, insbesondere zwischen 0,9 und 0,5. Auf diese Weise wird
besonders vorteilhaft im Übergangsbereich
der Turbulenzeinlagenöffnung
des turbulenzerzeugenden Elements in die Plattendurchtrittsöffnung der
Platte eine Stufe gebildet, in der sich überflüssiges Prozessmedium sammelt
und nicht durch die Anschlussöffnung
der Grundplatte nach außen
tritt. Zusätzlich
sammelt sich in mindestens einem Bereich um die Turbulenzeinlagenöffnung des turbulenzerzeugenden
Ele ments überflüssiges Prozessmedium
in vorteilhafter Weise. Die Stufe, welche insbesondere umlaufend
ausgebildet ist, ist das Reservoir.
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Erfindungsgemäß weist
der Wärmeübertrager
mindestens eine Grundplatte mit mindestens einer Randfläche auf,
die mit mindestens einer Bodenfläche
der Grundplatte einen Winkel β einschließt, wobei
der Winkel β zwischen
0° und 150° und insbesondere
zwischen 90° und
140° und
insbesondere 110° ist.
Auf besonders vorteilhafter Weise ist die Funktionalität einer
Verstärkungsscheibe,
die insbesondere benachbart zur Grundplatte angeordnet ist, in die
Grundplatte integriert, wodurch die Verstärkungsscheibe entfällt und
der Wärmeübertrager
kostengünstiger
herstellbar ist. Die Bodefläche
der Grundplatte und die Randfläche
der Grundplatte sind besonders vorteilhaft stoffschlüssig, insbesondere durch
Löten,
Schweißen,
Kleben usw., mit einer der Grundplatte benachbarten Platte verbindbar.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind ringförmige Vertiefungen
konzentrisch zu den Anschlussöffnungen
angeordnet.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung sind die Vertiefungen als Ringnuten
in die Grundplatte eingeschnitten.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind die Vertiefungen
in die Grundplatte eingeprägt.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung weisen die Vertiefungen eine Tiefe
t im Bereich von 0,5 mm auf.
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In
einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung weisen die Vertiefungen
eine Breite b im Bereich von 1 mm auf.
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In
einer vorteilhaften Ausführung
der Erfindung weist die Durchtrittsöffnung der untersten Scheibe
oder Platte einen Durchmesser d auf, der größer als der Innendurchmesser
der Ringnute ist.
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Das
Reservoir des Wärmeübertragers
wird besonders vorteilhaft durch ein umformendes Fertigungsverfahren
wie Stanzen, Prägen
usw. eingebracht. Mit einem derartigen Verfahren ist das Reservoir
besonders vorteilhaft und kostengünstig herstellbar.
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Auf
besonders vorteilhafte Weise wird das Reservoir des Wärmeübertragers
durch ein abtragendes Fertigungsverfahren wie Fräsen, Bohren, Drehen, Erodieren
usw. eingebracht. Mit einem derartigen Verfahren ist das Reservoir
besonders vorteilhaft und kostengünstig herstellbar.
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Der
Wärmeübertrager
wird besonders vorteilhaft durch ein Verfahren derart hergestellt,
dass beim Fügen
der Platten mit der Grundplatte und der Abdeckplatte, insbesondere
beim stoffschlüssigen Fügen durch
Löten,
Schweißen,
Kleben usw., das überflüssige Prozessmedium,
insbesondere jedes überflüssige Prozessmedium,
im Reservoir gesammelt wird.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Danach sind die ringförmigen
Vertiefungen konzentrisch zu den Anschlussöffnungen angeordnet und werden vorzugsweise
beim Stanzen der Anschlussöffnungen durch
Prägen,
also spanlos in die Grundplatte eingebracht. Vorzugsweise liegen
die Tiefe der ringförmigen
Vertiefung im Bereich von 0,5 mm und deren Breite im Bereich von
1 mm. Der Querschnitt der ringförmigen
Vertiefung kann beliebig sein, z. B. rechteckförmig, dreieckförmig, halbkreisförmig etc..
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der Innendurchmesser d der Öffnung in
der untersten Scheibe größer als der
Innendurchmesser der Ringnut ist, so dass die Kante bzw. der Umfang
der Öffnung über der
Ringnut, d. h. innerhalb der Ringnutbreite b liegen. Damit ist sichergestellt,
dass sich herausfließendes, überschüssiges Lot
in der Ringnut sammelt.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden
näher beschrieben.
Es zeigen
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1 eine
Explosionsansicht eines Wärmeübertragers,
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2 eine
Explosionsansicht eines Wärmeübertragers,
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3 eine
Grundplatte für
einen Stapelscheiben-Ölkühler in
einer Ansicht von oben,
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4 einen
Schnitt durch die Grundplatte gemäß der Linie II-II in 1,
-
5 eine
Ansicht auf die Grundplatte von unten,
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6 einen
Teilschnitt gemäß der Linie
IV-IV in 5,
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7 eine
isometrische Darstellung einer Grundplatte,
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8 einen
Teilschnitt gemäß der Linie
IV-IV in 5,
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9 einen
Teilschnitt gemäß der Linie
IV-IV in 5,
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10 einen
Teilschnitt gemäß der Linie IV-IV
in 5,
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11 einen
Teilschnitt gemäß der Linie IV-IV
in 5 und
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12 einen
Teilschnitt gemäß der Linie IV-IV
in 5.
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1 zeigt
eine Explosionsansicht eines Wärmeübertragers 9.
Der Wärmeübertrager 9 weist mindestens
eine Platte 8, mindestens eine Grundplatte 1 und
mindestens eine Abdeckplatte 10 auf. Auf der Grundplatte 1 sind
mehrere Platten 8 zu einem Stapel aufeinander gestapelt.
Die Abdeckplatte 10 bildet die oberste Platte. Die unterste
Scheibe 6 ist benachbart zur Grundplatte 1 angeordnet
und ist im gezeigten Ausführungsbeispiel
als Verstärkungsscheibe
ausgebildet. Die Verstärkungsscheibe
weist im Vergleich zu einer Platte 8 ein dickeres Material auf.
Dies soll insbesondere bei Wärmeübertragern mit
großen
Wärmetauscherleistungen
und bei großen
Massenströmen
die mechanische Stabilität
des Wärmetauschers
gewährleisten.
Die Verstärkungsscheibe
ist in einer anderen nicht dargestellten Ausführung durch eine Platte 8 ersetzt.
Diese Ausführungsform
kommt insbesondere bei Wärmeübertragern
mit geringeren Wärmetauscherleistungen und/oder
mit geringeren Massenströmen
zum Einsatz. In einer weiteren nicht dargestellten Ausführung ist
bei Wärmeübertragern 1 mit
größeren Wärmetauscherleistungen
und/oder mit größeren Massenströmen die
Funktionalität
der Verstärkungsscheibe
in die Grundplatte 1 integriert, so dass eine Verstärkungsscheibe
nicht erforderlich ist. Die Grundplatte 1 ist im Wesentlichen
wie eine Platte 8 ausgebildet, weist aber ein dickeres
Material auf. Zusätzlich
sind Befestigungsbohrungen zur Befestigung des Wärmeübertragers beispielsweise an
einem nicht dargestellten Antriebselement vorgesehen.
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Die
Grundplatte 1 weist eine erste Anschlussöffnung 2,
eine nicht dargestellte zweite Anschlussöffnung 3, eine dritte
Anschlussöffnung 11 und
eine vierte Anschlussöffnung 12 auf.
In einer anderen Ausführungsform
weist die Grundplatte 1 keine Anschlussöffnungen auf. Bei dieser Ausführung weist die
Abdeckplatte 10 die Anschlussöffnungen 2, 3, 11, 12 auf.
Ferner weist die Grundplatte 1 auf der Oberseite 1a mindestens
einen Vorsprung 13, insbesondere vier Vorsprünge 13,
zur genauen Positionierung der der Grundplatte 1 benachbarten
Platte 6, 8 auf. In der Grundplatte 1 ist
mindestens eine Befestigungsbohrung 1c eingebracht, insbesondere
sind vier Befestigungsbohrungen 1c eingebracht, womit die Grundplatte 1 beispeislweise
an einem nicht dargestellten Antriebselement mit nicht dargestellten
Befestigungselementen befestigbar ist.
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Die
Platte 8 weist eine erste Plattendurchtrittsöffnung 14,
eine zweite Plattendurchtrittsöffnung 15, eine
dritte Plattendurchtrittsöffnung 16 und
eine vierte Plattendurchtrittsöffnung 17 auf.
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2 zeigt
eine andere Explosionsansicht eines Wärmeübertragers 9 mit Blick
auf die dem Plattenstapel abgewandten Seite der Grundplatte 1.
Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet.
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Die
Grundplatte 1 weist eine erste Anschlussöffnung 2,
eine zweite Anschlussöffnung 3,
eine dritte Anschlussöffnung 11 und
eine vierte Anschlussöffnung 12 auf.
Die Grundplatte 1 ist derart ausgebildet, dass aus einem
im Wesentlichen rechteckförmigen Grundkörper Zungenelemente 30 ausgebildet
sind. In die Zungenelemente 30 ist jeweils eine Befestigungsbohrung 1c eingebracht.
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In
anderen nicht dargestellten Ausführungsformen
sind weniger oder mehr als vier Zungenelemente 30 ausgebildet.
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Die
Abdeckplatte 16 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel
Prägungen
auf, die jedoch keine Öffnungen
sind. In einem anderen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel, insbesondere
bei einem Wärmetauscher
mit einer Grundplatte ohne die Anschlussöffnungen 2, 3, 11, 12,
sind die Anschlussöffnungen 2, 3, 11, 12 in
die Abdeckplatte eingebracht. In einer anderen nicht dargestellten
Ausführungsform
weist der Wärmetauscher
eine Abdeckplatte mit den Anschlussöffnungen 2, 3, 11, 12 auf. Darüber hinaus
sind auch in der Grundplatte 1 die Anschlussöffnungen 2, 3, 11, 12 eingebracht.
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3 zeigt
eine Grundplatte 1 für
einen nicht dargestellten Stapelscheiben-Ölkühler, wie
er beispielsweise aus der eingangs genannten DE-A 197 11 258 bekannt
ist. Ein solcher Stapelscheiben-Ölkühler dient
der Kühlung
von Motoröl
eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges, wobei zur Kühlung das
Kühlmittel
des Kühlkreislaufes
des Verbrennungsmotors herangezogen wird. Die Grundplatte 1 ist
einstückig
aus einer Blechplatine geformt: sie weist eine ebene Oberseite 1a,
einen aufgestellten umlaufenden Rand 1b, verschiedene Befestigungsbohrungen 1c sowie
zwei ausgestanzte Anschlussöffnungen 2, 3 auf.
Letztere fluchten mit nicht dargestellten Durchtrittsöffnungen
des Stapelscheiben-Ölkühlers und
dienen der Ölzufuhr
aus dem Motorölkreislauf
in den Stapelscheiben-Ölkühler und
dem Ölrücklauf aus
dem Stapelscheiben-Ölkühler in
den Motorölkreislauf.
Die Grundplatte 1 wird – wie prinzipiell ebenfalls
aus der vorgenannten DE-A 197 11 258 be kannt – mit einem nicht dargestellten
Motorblock verbunden, wobei der Bereich um die Durchtrittsöffnungen 2, 3 herum
abgedichtet ist. Konzentrisch zu den Anschlussöffnungen 2, 3 sind
in die Oberseite 1a Ringnuten 4, 5 eingearbeitet,
auf die in der Beschreibung zu 6 näher eingegangen
wird.
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4 zeigt
einen Schnitt entlang der Linie II-II durch die Grundplatte 1 und
die Anschlussöffnung 3.
Der aufgestellte Rand 1b dient im Wesentlichen der Versteifung
der Grundplatte 1.
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5 zeigt
die Grundplatte 1 in einer Ansicht von unten, wobei um
die Anschlussöffnungen 2, 3 Dichtungsbereiche 2a, 3a als
kreisringförmige
Flächen
schraffiert eingezeichnet sind. Diese Dichtungsbereiche 2a, 3a liegen
auf entsprechenden nicht dargestellten Dichtungsflächen des
nicht dargestellten Motorblockes auf und werden jeweils durch ein
ebenfalls nicht dargestelltes geeignetes Dichtmittel, z. B. einen
O-Ring abgedichtet. Diese Flächen
müssen daher
besonders glatt und eben ausgebildet sein, d. h. sie sollen auch
eine möglichst
geringe Rauhtiefe aufweisen.
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6 zeigt
einen Teilschnitt IV-IV durch die Anschlussöffnung 2 in der Grundplatte 1,
und zwar in vergrößerter Darstellung.
Die Grundplatte 1 ist nur teilweise im Bereich der Anschlussöffnung 2 dargestellt,
wobei die Oberseite 1a in der Zeichnung oben und die Unterseite 1b in
der Zeichnung unten dargestellt sind. Auf der Oberseite 1a liegt
eine gestrichelt dargestellte Platte 6 mit einer Durchtrittsöffnung 7 des
Durchmessers d auf, so dass die Durchtrittsöffnung 7 mit der Anschlussöffnung 2 fluchtet.
Die Platte 6 stellt die unterste Scheibe des nicht dargestellten Stapelscheiben-Ölkühlers dar,
welcher über
diese Platte 6 mit der Grundplatte 2 verlötet wird;
die Platte 6 ist aus einem Aluminiumblech hergestellt und
mit einer beiderseitigen nicht dargestellten Lotplattierung versehen.
Die Platte 6 kann auch eine verstärkte Stapelscheibe (so genannte
Verstärkungsplatte
gemäß Stand
der Technik) oder ein Einlegeteil sein. Koaxial zu der Anschlussöffnung 2 ist
auf der Oberseite 1a der Grundplatte 1 die Ringnut 4 angeordnet,
welche eine Tiefe t und eine Breite b aufweist. Der Durchmesser
d der Durchtrittsöffnung 7 ist
größer als
der Durchmesser der Anschlussöffnung 2 und
größer als der
Innendurchmesser der Ringnut 4, so dass der Umfang der
Durchtrittsöffnung 7 innerhalb
der Nutbreite b liegt. Durch diese Abstimmung der beiden Platten 1, 6 wirkt
die Ringnut 4 – und
ebenso die in 1 dargestellte Ringnut 5 -als
Lotsperre während des
Lötprozesses
und verhindert, dass Lot in die Anschlussöffnung 2 bzw. 3 fließt und sich
auf nicht dargestellten Lötplatten
absetzt, welche der Halterung des Stapelscheiben-Ölkühlers während des
Lötprozesses
in einem nicht dargestellten Lötofen
dienen. Das Lot, welches durch Schmelzen der Lotplattierung fließt, sammelt
sich in der Ringnut 4 und tritt daher nicht in die Anschlussöffnung 2.
Die Grundplatte 1, insbesondere ihre für die Dichtung gegenüber dem Motorblock
vorgesehene Unterseite 1d bleibt somit frei von korrosiven
Lotrückständen, die
bekanntlich die Oberfläche
anfressen oder zu Unebenheiten führen.
Die bevorzugte Tiefe t der Ringnuten 4, 5 beträgt etwa
0,5 mm und die Breite b etwa 1 mm. Die Ringnuten 4, 5 können durch
spanlose Umformung beim Stanzen der Anschlussöffnungen 2, 3 in
die Oberseite 1a der Grundplatte 1 eingeprägt werden.
Das Material der Grundplatte 1 sowie des gesamten Stapelscheiben-Ölkühlers ist
Aluminium bzw. eine Aluminiumlegierung.
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7 zeigt
eine isometrische Darstellung einer Grundplatte 1. Gleiche
Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Figuren
bezeichnet. Die Grundplatte 1 ist schalenförmig ausgebildet
und weist eine Bodenfläche 26 mit einer
Oberseite 1a auf, wobei die Bodenfläche 26 im Wesentlichen
rechteckförmig
ausgebildet ist und abgerundete Ecken aufweist. An die Bodenfläche 26 schließt sich
eine Randfläche 25 an,
die im Wesentlichen umlaufend ausgebildet ist und die einen Winkel β zwischen
0° und 150°, und insbesondere
zwischen 90° und
140°, mit
der Bodenfläche 26 einschließt. Besonders
vorteilhaft ist ein Winkel β von
110°. Die
Bodenfläche 26 weist
eine erste Anschlussöffnung 2, eine
zweite Anschlussöffnung 3, eine
dritte Anschlussöffnung 11 und
eine vierte Anschlussöffnung 12 auf. In
einer anderen nicht dargestellten Ausführungsform weist die Bodenfläche 26 weniger
oder mehr als vier Anschlussöffnungen
oder keine Anschlussöffnungen auf.
Die Randfläche 25 weist
mindestens eine Bördelung 28 auf,
die rinnenförmig
ausgebildet ist und die zur Festigkeitssteigerung, insbesondere
umlaufend, in die Außenseite 29 der
Randfläche 25 eingebracht ist.
Die Bördelung 28 unterteilt
die Randfläche 25 in eine
erste Teilrandfläche 25a und
in eine andere zweite Teilrandfläche 25b,
wobei die Teilrandfläche 25a benachbart
zur Bodenfläche 26 angeordnet
ist. Die erste Teilrandfläche 25a und
die zweite Teilrandfläche 25b schließen jeweils
den Winkel β zwischen 0° und 150°, und insbesondere
zwischen 90° und 140°, mit der
Bodenfläche 26 ein.
Besonders vorteilhaft ist ein Winkel β von 110°. In einer anderen nicht dargestellten
Ausführungsform
schließt
die erste Teilrandfläche 25a einen
anderen Winkel β mit
der der Bodenfläche 26 ein
als die zweite Teilrandfläche 25b mit
der Bodenfläche 26 einschließt. Der
Winkel β ist bei
dieser Ausführung
zwischen 0° und
150°, und
insbesondere zwischen 90° und
140°. Aus
der Grundscheibe 1 sind drei Zungenelemente 30 ausgebildet. Die
Zungenelemente 30 sind mit der Randfläche 25 verbunden und
im Wesentlichen parallel zur Bodenfläche 26 angeordnet.
Zur Festigkeitssteigerung weisen die Zungenelemente eine Bördelung
auf, wobei es sich insbesondere um die Bördelung 28 handelt. Im Übergangsbereich
jeweils eines Zungenelements 30 in die Randfläche 25 ist
eine muldenförmige
Prägung 27 zur
Festigkeitssteigerung eingebracht. Die Zungenelemente 30 weisen
eine Befestigungsbohrung 1c, insbesondere zur Befestigung
der Grundplatte 1 des Wärmeübertragers 9 an
einem nicht dargestellten Antriebselement oder an einem nicht dargestellten
Wärmetauschermodul
oder an einem nicht dargestellten Radkasten auf. In einer nicht
dargestellten Ausführungsform
weist die Grundplatte 1 mehr als drei Zungenelemente oder
weniger als drei Zungenelemente auf. In einer anderen nicht dargestellten
Ausführungsform
weist das mindestens eine Zungenelement 30 keine Bördelung 28 und/oder
keine Prägung 27 auf.
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8 zeigt
einen Teilschnitt gemäß der Linie IV-IV
in 5. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen
wie in den vorhergehenden Figuren bezeichnet. Benachbart zu der
Grundplatte 1 ist eine unterste Scheibe 6 im Wesentlichen
parallel angeordnet. Benachbart zur der untersten Scheibe 6 ist
eine Platte 8 im Wesentlichen parallel angeordnet. Benachbart
zu der Platte 8 ist ein turbulenzerzeugendes Element 19 angeordnet.
Die Grundplatte 1, die untere Scheibe 6, die Platte 8 und
das turbulenzerzeugende Element sind stoffschlüssig, insbesondere durch Löten, Schweißen, Kleben
usw., miteinander verbunden.
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Die
Grundplatte 1 weist eine Anschlussöffnung 2, 3, 11, 12 mit
einem ersten Durchmesser D1 auf und ist im Wesentlichen koaxial
zu einer Achse A ausgerichtet. Das Reservoir 18 ist im
Wesentlichen koaxial zur Achse A angeordnet und als Aussparung 20,
und insbesondere als Nut 4, 5, 21; ausgebildet. Die
Nut weist eine Tiefe t auf, wobei insbesondere die Tiefe t ≥ 0,05mm und
insbesondere zwischen 0,1mm und 1,0mm ist. Die Nut ist rechteckförmig oder
u-förmig
oder v-förmig
ausgebildet. Das Reservoir 18, insbesondere die Aussparung 20 bzw.
die Nut 4, 5, 21 sind mit der Plattendurchtrittsöffnung 14, 15 verbunden.
Die unterste Scheibe 6 und die Platte 8 weisen eine
Plattendurchtrittsöffnung 14, 15 mit
einem zweiten Durchmesser D2 auf. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
ist der zweite Durchmesser D2 der Durchmesser d der Durchtrittsöffnung 7 der
Platte 8. In einem anderen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Durchmesser d der Durchtrittsöffnung 7 der Platte 8 ein
anderer Durchmesser als der zweite Durchmesser D2, insbesondere
ist der Durchmesser D2 kleiner als der Durchmesser d. Das turbulenzerzeugende
Element 19 weist eine Turbulenzeinlagenöffnung 24 mit einem
dritten Durchmesser D3 auf. Der Durchmesser D3 ist ein anderer Durchmesser als
der Durchmesser D2. Insbesondere ist der Durchmesser D2 kleiner
als der Durchmesser D3. In einem anderen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Durchmesser D2 der Durchmesser D3. Ein erstes Durchmesserverhältnis S1
des ersten Durchmessers D1 zum zweiten Durchmesser D2 ist größer als
0,3 und insbesondere zwischen 0,7 und 0,9. Aufgrund dieses ersten
Durchmesserverhältnisses
S1 ist zwischen der Grundplatte 1 und der untersten Scheibe 6 bzw.
der Platte 8 eine erste Stufe 31, insbesondere umlaufend,
ausgebildet. Die erste Stufe 31 ist ein Reservoir 18.
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Ein
zweites Durchmesserverhältnis
S2 des zweiten Durchmessers D2 zum dritten Durchmesser D3 ist kleiner
als 1 ist und insbesondere zwischen 0,9 und 0,5. Aufgrund dieses
zweiten Durchmesserverhältnisses
S2 ist zwischen der untersten Scheibe 6 bzw. zwischen der
Platte 8 und dem turbulenzerzeugenden Element 19 eine
zweite Stufe 32, insbesondere umlaufend, ausgebildet. Die
zweite Stufe 32 ist ein anderes Reservoir 18.
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9 zeigt
einen Teilschnitt gemäß der Linie IV-IV
in 5. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen
wie in den vorhergehenden Figuren bezeichnet. Im Unterschied zu 8 ist
die Funktion einer Verstärkungsscheibe 6 in
die Grundplatte 1 integriert. Ebenso entfallen eine Verstärkungsscheibe
und/oder deren Funktionsintegration in die Grundplatte 1 bei
Wärmeübertragern 9 mit
geringen Wärmetauscherleistungen
und/oder mit geringen Masseströmen.
Die der Grundplatte 1 benachbarte unterste Scheibe 6 ist
demnach die Platte 8. Das Reservoir 18 und/oder
die Aussparung 20 und/oder die Nut 21 sind v-förmig und
insbesondere umlaufend, ausgebildet. Die Nut weist mindestens eine
erste Nutflanke 22 und mindestens eine zweite Nutflanke 23 auf.
Die erste Nutflanke schließt
mit der zweiten Nutflanke einen Winkel α ein. Der Winkel α ist zwischen
10° und
180°, insbesondere
zwischen 20° und
90°.
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10 zeigt
einen Teilschnitt gemäß der Linie
IV-IV in 5. Gleiche Merkmale sind mit
den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Figuren bezeichnet.
Im Unterschied zu 9 sind drei Aussparungen 20 und/oder
drei Nuten 21, insbesondere umlaufend und konzentrisch
zu einander und zur Achse A angeordnet. In einer nicht dargestellten
Ausführungs form
sind mehr als drei Aussparungen 20 bzw. Nuten 21 oder
weniger als drei Aussparungen 20 bzw. Nuten 21 in
die Grundplatte 1 eingebracht.
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11 zeigt
einen Teilschnitt gemäß der Linie
IV-IV in 5. Gleiche Merkmale sind mit
den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Figuren bezeichnet.
Im Unterschied zu den 8, 9, 10 weist
die Grundplatte 1 keine Aussparung 20 und keine
Nut 21 auf. Das Reservoir 18 ist die zweite Stufe 32.
Der erste Durchmesser D1 ist der zweite Durchmesser D2.
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12 zeigt
einen Teilschnitt gemäß der Linie
IV-IV in 5. Gleiche Merkmale sind mit
den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Figuren bezeichnet.
Im Unterschied zu den 8, 9, 10 weist
die Grundplatte 1 keine Aussparung 20 und keine
Nut 21 auf. Ein erstes Reservoir 18 ist die erste
Stufe 31. Ein anderes zweites Reservoir 18 ist
die zweite Stufe 32.
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Die
Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele
sind beliebig miteinander kombinierbar. Die Erfindung ist auch für andere
als die gezeigten Gebiete einsetzbar.