DE102006026629A1

DE102006026629A1 - Wärmetauscher mit Bypasskanal sowie Verfahren zur Einstellung eines den Bypasskanal steuernden Ventils

Info

Publication number: DE102006026629A1
Application number: DE200610026629
Authority: DE
Inventors: Rudolf Wimmer; Reinhard Schedlberger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2006-06-08
Filing date: 2006-06-08
Publication date: 2007-12-13

Abstract

Wärmetauscher, insbesondere Öl-Wasser-Wärmetauscher, mit einem Wärmetauschereinlass und einem Wärmetauscherauslass, umfassend ein einen Wärmetauscherraum begrenzendes erstes Deckbleck sowie ein mit diesem verbundendes zweites Deckblech zur Bildung eines den Wärmetauschereinlass mit dem Wärmetauscheauslass unter Umgehung des Wärmetauscherraumes verbindenden Bypasskanals, wobei das zweite Deckblech einen ersten Dom zur Aufnahme eines den Durchfluss durch den Bypasskanal steuernden Ventils mit Ventilgehäuse, Ventilfeder und Ventilkörper aufweist und das erste Deckblech eine Durchbrechung mit begrenzender Prägung aufweist, welche mittels des Ventilkörpers abdichtbar ist und Verfahren zur Einstellung eines den Bypasskanal steuernden Ventils.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere Öl-Wasser-Wärmetauscher, mit einem Wärmetauschereintritt, einem Wärmetauscherraum, einem Wärmetauscheraustritt sowie einem den Wärmetauschereintritt mit dem Wärmetauscheraustritt unter Umgehung des Wärmetauscherraumes verbindenden Bypasskanal. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Einstellung eines den Bypasskanal des Wärmetauschers steuernden Ventils.
Bekannte Wärmetauscher weisen einen Eintritt für ein Medium, einen Wärmetauscherraum, in welchem dem Medium Wärme zugeführt oder entzogen wird sowie einen Austritt für das Medium auf. Um beispielsweise bei einer Verstopfung oder Beschädigung des Wärmetauscherraums dennoch einen Mediumsfluss zu gewährleisten, sind Wärmetauscher mit einem Bypasskanal ausgerüstet worden, der den Wärmetauschereintritt mit dem Wärmetauscheraustritt unter Umgehung des Wärmetauscherraumes verbindet.
Zur Regelung des Durchflusses durch den Bypasskanal werden üblicherweise Ventile verwendet, die bisher entweder vom Wärmetauscher getrennt angeordnet oder in den Wärmetauscher integriert wurden. Die verwendeten Ventile weisen in Form gebogene und/oder geprägte Federplättchen auf, welche bei integrierter Anordnung nach dem Verlöten des Kühlers durch geeignete Öffnungen in den Wärmetauscher eingelegt und über formschlüssige Verbindungen in Position gehalten wurden.
Nachteilig ist dabei, dass die durch die einzelnen Bauteile und den Lötprozess bedingten Toleranzen die Vorspannung des Federplättchens und damit die Öffnungsgenauigkeit des Ventils beeinflussen. Eine baulich gesonderte Anordnung des Ventils ist hinsichtlich des Bauraums nachteilig.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen eingangs genannten Wärmetauscher bereitzustellen, der einen nur geringen Bauraum beansprucht, der zugleich kostengünstig herstellbar ist und dessen den Bypassstrom steuerndes Ventil eine hohe Öffnungsgenauigkeit aufweist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einem Wärmetauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1, indem gemäß der zugrunde liegenden Idee der Wärmetauscher ein einen Wärmetauscherraum begrenzendes erstes Deckblech sowie ein mit diesem verbundenes zweites Deckblech zur Bildung eines den Wärmetauschereintritt mit dem Wärmetauscheraustritt unter Umgehung des Wärmetauscherraumes verbindenden Bypasskanals aufweist, wobei das zweite Deckblech einen ersten Dom zur Aufnahme eines den Durchfluss durch den Bypasskanal steuernden Ventils mit Ventilgehäuse, Ventilfeder und Ventilkörper aufweist und das erste Deckblech eine Durchbrechung mit begrenzender Prägung aufweist, welche mittels des Ventilkörpers abdichtbar ist. Durch das im Wärmetauscher angeordnete Umgehungsventil sowie den Umgehungskanal kann ölaustrittsseitig auf einen zweiten Anschluss verzichtet werden. Ein zusätzlicher Toleranzausgleich an den radial abgedichteten Übergabepunkten ist somit nicht notwendig.
Besonders zu bevorzugende Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zur genauen Einstellung der Vorspannung der Ventilfeder bei der Montage des Wärmetauschers das Ventilgehäuse im ersten Dom verschiebbar anordenbar und nach erfolgter Einstellung im ersten Dom fixierbar. Dadurch können bei der Herstellung des Wärmetauschers vergleichsweise große Toleranzen zugelassen werden und dennoch kann eine besonders gute Öffnungsgenauigkeit des Ventils erreicht werden.
Zweckmäßigerweise ist das eingestellte Ventil im ersten Dom stoffschlüssig dicht fixiert ist, beispielsweise mittels Verlötung. Alternativ kann auch eine Fixierung des eingestellten Ventils im ersten Dom durch Formschluss, wie Verprägung, Vorteile bieten, wobei zur Dichtung z. B. ein O-Ring verwendet werden kann.
Besonders bevorzugt ist es, wenn das zweite Deckblech einen zweiten Dom zur Bildung eines Wärmetauscheraustritts aufweist und der erste und/oder der zweite Dom durch Tiefziehen hergestellt ist.
Ein sehr vorteilhaftes Verfahren zur Einstellung eines einen Bypasskanal steuernden Ventils eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers zeichnet sich dadurch aus, dass das Ventil im ersten Dom axial verschiebbar angeordnet, durch Verschiebung eingestellt und nach Einstellung fixiert wird. Zweckmäßigerweise wird das Ventil zur Einstellung mittels einer dem Ventilgehäuse zugeordneten Positioniereinrichtung positioniert, wobei ein Signal einer dem Ventilkörper zugeordneten Kraftmesseinrichtung zur Steuerung der Positioniereinrichtung herangezogen wird.
Nachfolgend wir unter Bezugnahme auf Figuren ein besonders zu bevorzugendes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, dabei zeigen schematisch und beispielhaft
1 einen Wärmetauscher mit Bypasskanal,
2 einen Wärmetauscher mit Bypasskanal mit einem den Durchfluss durch den Bypasskanal steuernden Ventil,
3 einen Wärmetauscher und
4 einen Wärmetauscher in isometrischer Ansicht.
1 zeigt einen Wärmetauscher 100 mit Bypasskanal 118, ein vergrößerter Ausschnitt des den Durchfluss durch den Bypasskanal 118 steuernden Ventils 124 ist in 2 dargestellt. 3 zeigt die Positionierung der Dome 120, 122 zueinander und zur Wärmetauschergrundplatte 112, 4 zeigt eine isometrische Ansicht des Wärmetauschers 100. Gleiche Bauteile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Wie in 1 gezeigt, umfasst der Wärmetauscher 100 einen Wärmetauscherraum 106, der nach untern durch einen untere Grundplatte 112 und nach oben durch eine obere Deckblech 114 begrenzt wird. Der Wärmetauscherraum 106 wird vorliegend durch eine Reihe Quer gerichteter Kanäle gebildet, die von einem zu temperierenden Medium ausgehend von einem Einlasssammler 104 in Richtung eines Auslasssammlers 108 durchströmbar sind, wobei in der Figur die Strömungsrichtung des Mediums durch Pfeile angedeutet ist. Während das Medium den Wärmetauscherraum 106 durchströmt, wird ihm Wärme zugeführt oder entzogen. Vorliegend handelt es sich bei dem Wärmetauscher 100 um einen Öl-Wasser-Wärmetauscher zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, bei dem warmes Öl den Wärmetauscherraum 106 durchströmt und dabei Wärme an Kühlwasser abgibt. Die Erfindung kann aber beispielsweise auch in Verbindung mit einem Öl-Luft-Wärmetauscher oder einem Wasser-Luft-Wärmetauscher angewendet werden.
Der Einlasssammler 104 weist einen Eintritt 102 von unten durch die Grundplatte 112 auf, der Auslasssammler 108 verfügt über einen nach oben gerichteten Austritt 110, welcher durch Öffnung im Deckblech 114 gebildet ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Auslasssammler 108 ebenfalls nach unten durch die Grundplatte 112 geöffnet sein. Über den Eintritt 102 und den Austritt 110 ist der Wärmetauscher in einen hier nicht näher gezeigten Kreislauf des Mediums einschaltbar, der beispielsweise auch eine Pumpe umfasst.
Zur Umgehung des Wärmetauschers 100 ist ein Bypasskanal 118 vorgesehen, welcher unter Umgehung des Wärmetauscherraumes 106 den Einlasssammler 104 direkt mit dem Auslasssammler 108 verbindet. Der Bypasskanal 118 wird dadurch gebildet, dass mit dem Deckblech 114 ein weiteres Deckblech 116 verbunden ist, so dass der Bypasskanal 118 von dem Deckblech 114 einerseits und dem weiteren Deckblech 116 andererseits begrenzt wird. Die Deckbleche 114, 116 sind miteinander dicht verbunden, im Ausführungsbeispiel stoffschlüssig, etwa durch Löten, Schweißen oder Kleben miteinander verbunden. Sie können jedoch beispielsweise auch formschlüssig unter Verwendung von Dichtungen miteinander verbunden sein.
Das Deckblech 114 weist vorliegend eine dem Einlasssammler 104 zugeordnete Öffnung und eine dem Auslasssammler 108 zugeordnete Öffnung auf, wobei für die Bypassströmung wesentlich ist, dass der Bypasskanal 118 eine dem Einlass 102 zugeordnete und eine dem Auslass 110 zugeordnete Öffnung aufweist. Das mit dem Deckblech 114 verbundene weitere Deckblech 116 ist halbschalenförmig ausgebildet und umfasst einen Dom 120 sowie einen Dom 122. Der Dom 122 dient als Auslassstutzen, während der Dom 120 ein Ventil 124 aufnimmt. Insbesondere das Deckblech 118 ist im Tiefziehverfahren hergestellt, wobei auch die Dome 120, 122 ausgebildet werden.
Mittels des Ventils 124 ist der Durchfluss durch den Bypasskanal 118 steuerbar. Wie in 2 dargestellt, umfasst das Ventil 124 ein Ventilgehäuse 226, eine Ventilfeder 228 und einen Ventilkörper 230 zur gesteuerten Abdichtung der Öffnung 105 im Deckblech 114. Die Steuerung kann diskret oder kontinuierlich erfolgen, wobei eine diskrete Steuerung zu bevorzugen ist, wenn der Wärmetauscher 100 vollständig aus dem Kreislauf des Mediums ausgeschaltet werden soll, beispielsweise wegen eines Defekts oder einer Verstopfung im Wärmetauscher 100 und eine kontinuierliche Steuerung bevorzugt wird, wenn eine Einstellung der Temperatur des Mediums durch Regelung der Durchflussmenge durch den Wärmetauscher 100 erfolgen soll.
Jedenfalls ist eine hohe Öffnungsgenauigkeit des Ventils 124 wesentlich, weshalb bei der Herstellung des Wärmetauschers 100 das Ventil 124 mit seinem Ventilgehäuse 226 verschiebbar im Dom 120 angeordnet wird. Nachfolgend wird das Ventil 124 im Dom 120 positioniert. Dabei ist es sehr zweckmäßig, wenn eine Positionierung mittels einer Positioniereinrichtung 238 automatisiert erfolgt. Zur exakten Positionierung des Ventils 124 im Dom 120, in der Figur angedeutet durch einen Doppelpfeil, und damit Einstellung der Öffnungsgenauigkeit des Ventils 124 ist eine Kraftmesseinrichtung 236 vorgesehen, deren Signal im Falle einer automatisierten Positionierung zur Steuerung der Positioniereinrichtung 238 herangezogen wird. Sobald das Ventil 124 richtig im Dom 120 positioniert ist, wird es fixiert, im Ausführungsbeispiel stoffschlüssig, etwa durch Löten, Schweißen oder Kleben, alternativ jedoch beispielsweise auch formschlüssig unter Verwendung von Dichtungen. Insbesondere hat sich eine Verbindung von Ventilgehäuse und Dom 120 des Deckblechs 116 mittels induktiver Lötung als zweckmäßig erwiesen.
Die Positionierung der Dome 120, 122 zueinander und zur Grundplatte 112 ist aus 3 anhand der Domachsen 340, 344 ersichtlich. Im Ausführungsbeispiel ist die Achse 340 des Doms 120 zur Achse 342 des Einlasssammlers 104 leicht nach innen versetzt angeordnet.

Claims

Wärmetauscher (100), insbesondere Öl-Wasser-Wärmetauscher, mit einem Wärmetauschereinlass (102) und einem Wärmetauscherauslass (110), umfassend ein einen Wärmetauscherraum (106) begrenzendes erstes Deckblech (114) sowie ein mit diesem verbundenes zweites Deckblech (116) zur Bildung eines den Wärmetauschereinlass (102) mit dem Wärmetauscherauslass (110) unter Umgehung des Wärmetauscherraumes (106) verbindenden Bypasskanals (118), wobei das zweite Deckblech (116) einen ersten Dom (120) zur Aufnahme eines den Durchfluss durch den Bypasskanal (118) steuernden Ventils (124) mit Ventilgehäuse (226), Ventilfeder (228) und Ventilkörper (230) aufweist und das erste Deckblech (114) eine Durchbrechung (105) mit begrenzender Prägung (234) aufweist, welche mittels des Ventilkörpers (230) abdichtbar ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur genauen Einstellung der Vorspannung der Ventilfeder (228) bei der Montage des Wärmetauschers (100) das Ventilgehäuse (226) im ersten Dom (120) axial verschiebbar anordenbar und nach erfolgter Einstellung fixierbar ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass das eingestellte Ventil (124) im ersten Dom (120) stoffschlüssig dicht fixiert ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass das eingestellte Ventil (124) im ersten Dom (120) formschlüssig dicht fixiert ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Deckblech (116) einen zweiten Dom (122) zur Bildung eines Wärmetauscheraustritts (110) aufweist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Dom (120, 122) durch Tiefziehen hergestellt ist.
Verfahren zur Einstellung eines einen Bypasskanal (118) steuernden Ventils (124) eines Wärmetauschers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (124) im ersten Dom (120) axial verschiebbar angeordnet, durch Verschiebung eingestellt und nach Einstellung fixiert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (124) zur Einstellung mittels einer dem Ventilgehäuse (226) zugeordneten Positioniereinrichtung (238) positioniert wird, wobei ein Signal einer dem Ventilkörper (230) zugeordneten Kraftmesseinrichtung (236) zur Steuerung der Positioniereinrichtung (238) herangezogen wird.