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Die
Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Plattenwärmetauscher
aus Metall sind allgemein bekannt und werden für die unterschiedlichsten Anwendungen
eingesetzt. Sie dienen dazu, eine gute Wärmeübertragung zwischen zwei von
einander getrennt fließenden
Medien zu erzielen.
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Aus
der Praxis bekannte Plattenwärmetauscher
bestehen aus einer Vielzahl von aneinander gereihten, profilierten
Platten aus Metall, die speziell geformte Bereiche in Form nach
oben oder unten gerichteter Rippen aufweisen. Die auch als Bleche
bezeichneten Platten werden so angeordnet, dass die Rippen zweier übereinander
liegender Platten zwischen den Platten Fließkanäle für jeweils eines der zwei eingesetzten
Medien bilden. Um eine erforderliche, absolute Dichtigkeit der Fließebenen
gegeneinander zu erzielen, werden die Rippen zusätzlich verlötet. Beim Zusammenbau des Palettenwärmetauschers
wird zwischen zwei Bleche eine Metallfolie, insbesondere eine Kupfer- oder Nickelfolie
gelegt. Der komplette Plattenwärmetauscher
wird in einem speziellen Ofen gelötet. Die Verlötung dient
auch dazu, die Stabilität
der Fließkanäle bei den
auftretenden hohen Drücken
und Kräften
bei der Durchleitung der Medien zu gewährleisten.
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Dadurch,
dass zwischen zwei Bleche eines solchen Plattenwärmetauschers jeweils eine Lötfolie eingelegt
werden muss, ist die Herstellung eines solchen Plattenwärmetauschers
sehr aufwendig und teuer, denn es muss eine Vielzahl separater Teile
gehandhabt werden, und die Materialien der Lötfolie sind – beispielsweise
aufgrund eines hohen Kupferanteil – teuer. Hinzu kommen die Energiekosten,
um das gesamte Plattenpaket in einem Lötofen auf die erforderliche
Löttemperatur
zu erhitzen.
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Andere
Plattenwärmetauscher
weisen zusätzlich
jeweils eine äußere Deckplatte
und eine Bodenplatte auf. Miteinander fluchtende Durchtrittsöffnungen
schaffen geradlinige Kanäle,
die im Rahmen des vorliegenden Vorschlags als Verbindungskanäle bezeichnet
werden und durch welche sich Schrauben erstrecken. Bei diesen Plattenwärmetauschern kann
auf das Verlöten
der Rippen der Fließkanäle verzichtet
werden. Stattdessen werden die Wärmetauscherplatten
mitsamt den Deck- und Bodenplatten verschraubt. Eine Abdichtung
der unterschiedlichen Fließebenen
wird dadurch erreicht, dass jedes Blech vor dem Verschrauben mit
mindestens einer umlaufenden Dichtung versehen wird. Die Verschraubung dient
in diesem Fall zum einen dazu, die umlaufenden Dichtungen dicht
an die Bleche zu pressen und zum anderen dazu, Verformungen der
Fließkanäle bei den
auftretenden hohen Drücken
und Kräften
bei der Durchleitung der Medien zu verhindern.
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Die
Bleche des Plattenwärmertauschers
weisen Durchtrittsöffnungen
auf, die im Rahmen des vorliegenden Vorschlags als Strömungskanäle bezeichnet
werden, denn diese Durchtrittsöffnungen
bilden im zusammengesetzten Plattenwärmetauscher die Kanäle zum Zuleiten
bzw. Ableiten eines der beiden Medien und sind mit dem Zulauf bzw.
Ablauf der jeweiligen Fließebene
verbunden. An die Kanäle
können
auch, z. B. an der Deckplatte und/oder der Bodenplatte, Anschlusselemente,
wie Flansche oder Gewinde, z. B. durch Schrauben oder Schweißen oder ähnliches
anschließen,
um eine einwandfreie Zu- und Ableitung der Medien zu gewährleisten.
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Dadurch,
dass zwischen zwei Bleche eines solchen Plattenwärmetauschers jeweils eine umlaufende
Dichtung eingelegt wer den muss, ist die Herstellung eines solchen
Plattenwärmetauschers
aufwendig und teuer, denn es muss eine Vielzahl separater Teile
gehandhabt werden. Da die Dichtheit des Plattenwärmetauscher von der korrekten
Vorspannung der Schrauben abhängt,
müssen
die verschraubten Plattenwärmetauscher
regelmäßig überprüft und gewartet
werden, wodurch der Kostenaufwand zusätzlich erhöht wird.
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Zur
Schaffung von Wärmetauschern
unterschiedlicher Leistung müssen
entweder unterschiedlich große
Platten verwendet werden, oder unterschiedliche Anzahlen der Blechplatten,
was dann die Verwendung unterschiedlich langer Schrauben bedingt.
Beliebig große Überstände der
Schrauben sind nämlich
unzulässig,
einerseits wegen Verletzungsgefahren für Personen bzw. Beschädigungsgefahren für den Wärmetauscher,
und andererseits aufgrund der häufig
beengten Einbaumöglichkeiten,
beispielsweise im Motorraum eines Kraftfahrzeugs.
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Aufgabenstellung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, einen Plattenwärmetauscher
zu schaffen, der preiswert und einfach herzustellen und wartungsfrei
ist, und der zudem eine einfache und wirtschaftliche Anpassung an
unterschiedliche gewünschte Leistungen
ermöglicht.
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Lösung
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Diese
Aufgabe wird durch einen Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1
gelöst
sowie durch ein Verfahren nach Anspruch 18 zum Herstellen eines Plattenwärmetauschers.
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Die
Unteransprüche
beinhalten vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Der
vorschlagsgemäße Plattenwärmetauscher
weist eine Mehrzahl von übereinander
gestapelten, profilierten Platten auf, die wirtschaftlich und hinsichtlich
der Wärmeübertragungseigen schalten vorzugsweise
aus Metall bestehen können,
und die speziell geformte Bereiche aufweisen. Die oberste und die
unterste dieser Platten werden als Deckplatte und als Bodenplatte
bezeichnet. Sämtliche
Platten können
gleichartig ausgestaltet sein, jedoch können vorzugsweise abweichend
von den übrigen
Platten ausgestaltete Deck- und Bodenplatten vorgesehen sein, die
sich beispielsweise hinsichtlich der Profilierung, der Materialstärke oder
der Anzahl von Durchbrechungen von den übrigen Platten unterscheiden.
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Die
oben genannten speziell geformten Bereiche der Bleche können als
nach oben und unten gerichtete Rippen oder Sicken ausgeführt sein.
Die Platten werden so aufeinander gelegt, dass die um Durchtrittsöffnungen
verlaufenden, speziell geformten Bereiche zweier übereinander
liegender Platten Strömungskanäle für jeweils
eines der zwei eingesetzten Medien begrenzen.
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Die
Konstruktion eines vorschlagsgemäßen Plattenwärmetauschers ähnelt der
Konstruktion der vorbeschriebenen geschraubten Plattenwärmetauscher,
allerdings ist vorschlagsgemäß vorgesehen, keine
festen Verbindungselemente zu verwenden, wie Schrauben, Niete o.
dgl. Stattdessen wird in einem Verbindungskanal ein Kunststoffniet
verwendet, der nicht als vorgefertigtes Bauteil in fester Form vorliegt,
sondern vielmehr in den Verbindungskanal eingespritzt wird.
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Auf
diese Weise kann eine Herstellung von Plattenwärmetauschern unterschiedlicher
Leistung durch Verwendung unterschiedlicher Anzahlen von Platten
und dementsprechend von unterschiedlich großen Plattenwärmetauschern
besonders wirtschaftlich durchgeführt werden: Eine Bevorratung unterschiedlich
großer
Platten oder unterschiedlich großer Verbindungselemente ist
vorschlagsgemäß nicht
erforderlich. Vielmehr kann innerhalb kürzester Zeit die Herstellung
von unterschiedlich großen
Plattenwärmetauschern
erfolgen, beispielsweise durch eine Fertigung, bei welcher größere und
kleinere Plattenwärmetauscher
in gemischter Folge hergestellt werden, beispielsweise im Extremfall
eine Fertigung, bei welcher keine zwei identischen Plattenwärmetauscher
nacheinander hergestellt werden.
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Vorteilhaft
kann in an sich bekannter Weise vorgesehen sein, dass die Wärmetauscherplatten aus
Metall bestehen. Hierdurch wird einerseits eine gute Stabilität des Plattenwärmetauschers
und andererseits ein guter Wärmeübergang
zwischen benachbarten Medien unterschiedlicher Temperatur ermöglicht.
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Vorteilhaft
kann in den miteinander fluchtenden Durchtrittsöffnungen, die einen Verbindungskanal
bilden, die Anordnung von Hülsen
vorgesehen sein. Diese Hülsen
können
beispielsweise eine Dichtungsfunktion aufweisen, so dass eine lötfreie Konstruktion
des Plattenwärmetauschers
unterstützt wird.
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Besonders
vorteilhaft können
die Hülsen
als Distanzhülsen
ausgestaltet sein, also aus einem vergleichsweise festen, druckstabilen
Werkstoff bestehen, so dass sie einen bestimmten Abstand benachbarter
Platten zueinander bewirken. Auch hierdurch wird eine lötfreie Konstruktion
des Plattenwärmetauschers
unterstützt:
Die einzelnen Platten müssen also
nicht umgebogene Randbereiche aufweisen, die nach der Verlötung eine
Dichtheit zwischen den beiden benachbarten Platten des Wärmetauschers
sicherstellen. Vielmehr können
andere, lötfreie
Dichtungselemente verwendet werden, und statt die einzelnen Platten
des Wärmetauschers
unmittelbar aneinander anliegen zu lassen und so die vorgeschriebene
Distanz der einzelnen Plattenebenen zueinander sicherzustellen,
wird diese Distanz durch die erwähnten
Distanzhülsen
sichergestellt.
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Vorteilhaft
kann in an sich bekannter Weise eine besondere Platte als Deckplatte
und eine besondere Platte als Bodenplatte des Plattenwärmetauschers
vorgesehen sein. Diese Platten unterscheiden sich von den übrigen Platten
im Inneren des Plattenwärmetauschers
beispielsweise durch eine besondere Anzahl von Durchtrittsöffnungen
oder durch angeformte Elemente, wie beispielsweise eine angeformte
Lasche, mittels derer der Plattenwärmetauscher an seinen Einsatzort
montiert werden kann. Weiterhin können sich diese Deck- und/oder
Bodenplatten von den übrigen
Platten durch ihre Materialstärke
unterscheiden: Wenn der Plattenwärmetauscher
Medien führt,
die unter einem vergleichsweise hohen Druck stehen, so sind die
einzelnen Platten innerhalb des Plattenwärmetauschers auf beiden Seiten
diesem Druck ausgesetzt, oder zumindest geringfügig unterschiedlichen Drücken, so
dass die resultierende Druckbelastung der Platte quer zu ihrer Plattenebene
vergleichsweise gering ist oder sogar vollständig entfällt. Die beiden äußeren Platten
hingegen sind auf ihrer zum Inneren des Plattenwärmetauschers gerichteten Seite
dem Druck ausgesetzt, während
sie auf ihrer äußeren Oberseite
lediglich durch den Umgebungsdruck belastet sind. Daher kann es
vorteilhaft sein, die Deck- und
Bodenplatten besonders steif und druckstabil auszugestalten, beispielsweise
durch eine im Vergleich zu den übrigen Platten
größere Materialstärke.
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Vorteilhaft
kann die Abdichtung zwischen den einzelnen Wärmetauscherplatten durch eine Elastomerschicht
erfolgen, so dass der Plattenwärmetauscher
lötfrei
ausgestaltet werden kann.
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Besonders
vorteilhaft kann die Anbringung der Kunststoffelemente, beispielsweise
der Distanzhülsen
und der Elastomerschicht, dadurch erfolgen, dass diese Kunststoffelemente
nicht als vorgefertigte Formbauteile vorliegen, sondern ebenso wie
der eingangs erwähnte
Verbindungsniet aus fliesfähigem Material
angespritzt werden. Auf diese Weise kann die Handhabung einer Vielzahl
einzelner Bauteile vermieden werden; stattdessen wird vielmehr eine Wärmetauscherplatte
in eine Spritzform eingelegt, die die erforderlichen Hohlräume aufweist,
so dass anschließend
der Kunststoff in diese Hohlräume
eingespritzt werden kann und dementsprechend die gewünschten,
aus Kunststoff bestehenden Bauteile des Plattenwärmetauschers ausbildet, die
zudem im gleichen Arbeitsgang automatisch mit der entsprechenden
Platte des Wärmetauschers
fest verbunden sind.
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Zu
Gunsten dieser festen Verbindung kann insbesondere vorteilhaft vorgesehen
sein, dass in der Einspritzform die Hohlräume beiderseits der Wärmetauscherplatte
vorgesehen sind und die Wärmetauscherplatte
Durchbrechungen aufweist, so dass beim Einspritzen des Kunststoffs
dieser auf beide Seiten der Wärmetauscherplatte
gelangt. Auf diese Weise kann ein regelrechter Formschluss erzielt
werden, der zuverlässig
die angespritzten Kunststoffbereiche an dem Blech hält, also
an der betreffenden Wärmetauscherplatte
hält.
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Eine
zusätzliche
Intensivierung beim Anhaften des Kunststoffs am Blech der Wärmetauscherplatte
kann dadurch erzielt werden, dass die mit dem Kunststoff in Berührung kommenden
Flächen
der entsprechenden Platten, also der Deckplatte der bodenplatte
bzw. der Wärmetauscherplatten
mittels einer Behandlung vorbereitet sind, welche die Anhaftung
des Kunststoffs verbessert. Beispielsweise kann eine derartige Behandlung
in Form einer Plasmabehandlung erfolgen.
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Ein
Verbindungsniet oder eine Distanzhülse sind jeweils mechanisch
stark belastete Bauteile. Es kann daher vorteilhaft vorgesehen sein,
dass diese aus Kunststoff bestehenden Bauteile in ihren mechanischen
Eigenschaften dadurch verbessert sind, dass sie Verstärkungsstoffe
enthalten. Beispielsweise können
Fasern, hier insbesondere Glasfasern oder Carbonfasern, als Verstärkungsstoffe
Verwendung finden, da diese einen hohen Verstärkungsgrad ermöglichen,
wobei Glasfasern vergleichsweise preisgünstig sind.
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Je
nach Anwendungsfall kann es vorteilhaft sein, eine möglichst
hohe Integrationsdichte von Funktionen bei den verwendeten Bauteilen
zu bewirken. Beispielsweise bei der Anwendung im Automobilbau, wo
innerhalb der Motorräume
eines Kraftfahrzeugs stark beengte Einbauverhältnisse herrschen können, kann
es vorteilhaft sein, dass der zur Verfügung stehende Bauraum optimal
ausgenutzt wird. Dies kann beispielsweise vorteilhaft dadurch unterstützt werden,
dass der Plattenwärmetauscher
zusätzliche
Funktionselemente aufweist, die an sich nicht dem Plattenwärmetauscher
selbst dienlich sind, beispielsweise seiner Montage am Einsatzort
dienen bzw. der Wärmeübertragung
zwischen den beiden Wärmeträger-Medien
dienen.
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Ein
derartiges Funktionselement kann beispielsweise als Lasche oder
Hülse ausgestaltet
sein, um beispielsweise im Motorraum des Kraftfahrzeugs verlegte
Kabel, Schlauchleitungen o. dgl. zu halten, beispielsweise können dabei
auch solche Schlauchleitungen gehalten werden, die zu den Ein- und
Auslassöffnungen
des Plattenwärmetauschers
selbst führen.
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Der
vorschlagsgemäße Plattenwärmetauscher
kann vorteilhaft in einem Arbeitsablauf hergestellt werden, der
die Handhabung möglichst
wenig einzelner Bauteile vorsieht. So kann beispielsweise vorgesehen
sein, dass zunächst
in an sich bekannter Weise die mehreren Wärmetauscherplatten übereinander
angeordnet werden, so dass die miteinander fluchtenden Durchtrittsöffnungen
einerseits die Strömungskanäle und andererseits
die Verbindungskanäle
schaffen. Die Wärmetauscherplatten
sind dabei mit elastischem Dichtungsmaterial versehen, welches an
die betreffenden Wärmetauscherplatten
angespritzt worden ist. Zudem sind die Wärmetauscherplatten mit Distanzhülsen versehen,
die vorzugsweise ebenfalls an die betreffenden Wärmetauscherplatten angespritzt
sein können,
so dass außer den
verwendeten Blechplatten nahezu ausschließlich flüssige Materialien verarbeitet
werden und auf diese Weise die Handhabung einer Vielzahl von Einzelteilen
vermieden wird, was die Herstellung des Plattenwärmetauschers stark vereinfacht.
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Die
vorschlagsgemäße Herstellungsweise des
Plattenwärmetauschers
und ihre einzelnen, in den Patentansprüchen erläuterten Verfahrensschritte werden
anhand eines Ausführungsbeispiels
noch genauer erläutert.
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Die
Kunststoff-Anspritzung insbesondere der mechanisch belastbareren
Bauteile wie Verbindungselemente oder Distanzhülsen kann vorteilhaft so ausgeführt werden,
dass Zuleitungs- und Ableitungselemente oder die weiter oben erwähnten zusätzli chen
Funktionselemente direkt mitgespritzt werden, also nicht als separate
Bauteile ausgestaltet sind, sondern durch den angespritzten Kunststoff
der Distanzhülsen
oder der Verbindungselemente gebildet werden. Dadurch wird der Herstellungsaufwand deutlich
reduziert und der Plattenwärmetauscher
besonders wirtschaftlich herstellbar. Die Position und Geometrie
der Zuleitungs- und Ableitungselemente kann dadurch besonders variabel
gewählt
werden, so dass der Plattenwärmetauscher
optimal an die jeweilige Einbausituation angepasst werden kann.
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Für den Aufbau
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Plattenwärmetauschers
ist vorgesehen, dass zwei unterschiedliche Typen von Wärmetauscherplatten
abwechselnd verbaut werden. Dabei wird ein erster Typ von Wärmetauscherplatten
mit Kunststoffelementen versehen, die an einer Blechplatte vorgesehen
sind, wobei besonders vorteilhaft der Kunststoff an die Blechplatte
angespritzt werden kann. Ein zweiter Typ von Wärmetauscherplatten besteht
aus einer einfachen Blechplatte, ohne derartige Kunststoffelemente.
Auf diese Weise kann die Hälfte
der verwendeten Wärmetauscherplatten
als einfache Blechstanzteile hergestellt werden, und es muss nur
die Hälfte
der verwendeten Wärmetauscherplatten
in zusätzlichen
Fertigungsschritten mit den Kunststoffelementen versehen werden.
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Andere
Varianten beim Aufbau eines Plattenwärmetauschers sind jedoch ebenfalls
möglich,
wobei es fertigungstechnisch vorteilhaft sein kann, ausschließlich ein
und denselben Typ von Wärmetauscherplatten
herzustellen, handzuhaben und zu montieren, mit Ausnahme eventuell
vorgesehener Deck-und Bodenplatten:
In diesen Fällen sind
sämtliche
Wärmetauscherplatten
jeweils mit Kunststoffelementen versehen. Beispielsweise kann das
Blech der Wärmetauscherplatte
sowohl auf der Oberseite als auch auf der Unterseite mit dem Kunststoff
versehen sein, um Distanzhülsen
und Dichtungen auszubilden. Der gewünschte Abstand der Bleche zweier
benachbarter Wärmetauscherplatten
wird durch eine entsprechende Wahl der Schichtdicke erreicht, welche
die Distanzhülsen und
die Dichtungen oberhalb und unterhalb der Wärmetauscherplatte aufweisen.
Beispielsweise kann die halbe Schichtdicke im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel
verwendet werden, bei welchem nur jede zweite Wärmetauscherplatte Kunststoffelemente
aufweist.
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Eine
weitere Variante kann darin bestehen, auf dem Blech der Wärmetauscherplatte
nur einseitig Kunststoff zur Bildung von Distanzhülsen und
Dichtungen anzuspritzen, und auch in diesem Fall – mit Ausnahme
eventuell vorgesehener Deck- und Bodenplatten – ausschließlich gleichartige Wärmetauscherplatten
zu verwenden.
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Wenn
auf beiden Seiten des Blechs Kunststoffelemente vorgesehen sind,
kann die Anbringung des Kunststoffs dadurch erfolgen, dass der Kunststoff
durch Durchtrittsöffnungen
auf die andere Seite des Blechs fließt, so dass der Kunststoff
nur von einer Seite des Blechs zugeführt werden muss und die Kunststoff-Spritzform dementsprechend
einfach und preisgünstig
ausgestaltet werden kann. Alternativ kann vorgesehen sein, dass
von zwei Seiten Kunststoff an das Blech der Wärmetauscherplatte angespritzt
wird, so das weniger oder kleinere Durchtrittsöffnungen vorgesehen werden
können,
was beispielsweise die Stabilität
des Blechs bei gleicher Materialstärke Verbessern kann.
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Ausführungsbeispiel
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird anhand der rein schematischen Darstellungen nachfolgend
näher erläutert. Dabei
zeigt:
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1 einen
Plattenwärmetauscher
in perspektivischer Ansicht,
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2 eine
Platte, welche frei von angespritzten Distanzhülsen und Dichtungen bleiben
soll,
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3 eine
Platte, an welche Distanzhülsen und
Dichtungen angespritzt werden sollen,
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4 eine
Platte mit angespritzten Distanzhülsen,
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5 eine
Platte mit angespritzten Distanzhülsen und angespritzten Dichtungen,
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6 einen
vertikal geschnittenen Plattenwärmetauscher
in isometrischer Ansicht, und
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7 eine
Ansicht auf die Schnittfläche
von 6 in demgegenüber
größerem Maßstab.
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In 1 ist
mit 1 insgesamt ein Plattenwärmetauscher dargestellt, der
aus einer Vielzahl einzelner Wärmetauscherplatten 2 besteht,
die vereinfachend auch als Platten oder Bleche bezeichnet werden.
Die beiden äußeren Platten
können – beispielsweise
aus Stabilitätsgründen – von den übrigen Platten
abweichend ausgestaltet sein. Abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel
kann daher vorgesehen sein, dass der Plattenwärmetauscher 1 beispielsweise
eine Deckplatte 3 sowie eine Bodenplatte aufweist, die
jeweils eine größere Materialstärke aufweisen
als die übrigen,
innen liegenden Wärmetauscherplatten 2.
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Aus
Gründen
der Übersichtlichkeit
sind die einzelnen Platten in den vorliegenden Zeichnungen jeweils
glattflächig
dargestellt. Tatsächlich
jedoch können
die Wärmetauscherplatten 2 sowie
die Deck- und Bodenplatten vorteilhaft mit Profilierungen versehen
sein, beispielsweise um zwischen benachbarten Platten Strömungswege
für die
Wärme übertragenden
Medien zu schaffen, welche eine optimale Wärmeübertragung unterstützen, oder
wobei die Profilierungen zur mechanischen Stabilisierung der einzelnen
Platten dienen.
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In
der Deckplatte 3 sind Ein- und Auslassöffnungen vorgesehen, und es
ist ersichtlich, dass die darunter befindlichen Wärmetauscherplatten 2 damit fluchtende Öffnungen
aufweisen, so dass insgesamt Strömungskanäle 4 geschaffen
werden, durch welche die beiden unterschiedlichen Medien in den
Plattenwärmetauscher 1 einströmen und
wieder herausströmen
können.
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Weiterhin
sind die Platten des Wärmetauschers 1 durch
mehrere Verbindungselemente 5 miteinander verbunden, wobei
auf der Oberseite der Deckplatte 3 jeweils die Köpfe der
Verbindungselemente 5 ersichtlich sind.
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Der
Aufbau und die Herstellung des Plattenwärmetauschers 1 wird
nun näher
erläutert.
Bereits aus 1 ist anhand der Ausgestaltung
des Randes des Plattenwärmetauschers 1 ersichtlich,
dass abwechselnd Platten unterschiedlicher Außenabmessungen verbaut werden.
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2 zeigt
einen ersten Plattentyp, nämlich eine
Wärmetauscherplatte 2,
welche über
eine Vielzahl von Durchtrittsöffnungen 6 verfügt. Während für alle Durchtrittsöffnungen
jeweils das Bezugszeichen 6 kennzeichnend ist, werden unterschiedliche
Gruppen von Durchtrittsöffnungen 6 unterschieden:
Die größeren Durchtrittsöffnungen 6s dienen
zur Bildung der Strömungskanäle 4,
stellen also Strömungsöffnungen
dar, so dass sie mit dem Buchstaben „s” gekennzeichnet sind. Die
kleineren Durchtrittsöffnungen 6v sind
dazu vorgesehen, dass sich beim fertigen Plattenstapel die Verbindungselemente 5 durch diese
Durchtrittsöffnungen 6 erstrecken
und stellen also Verbindungsöffnungen
dar, so dass sie mit dem Buchstaben „v” gekennzeichnet sind.
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3 zeigt
den zweiten Plattentyp, nämlich eine
Wärmetauscherplatte 2,
welche die gleichen Durchtrittsöffnungen 6s und 6v aufweist
wie die andere Wärmetauscherplatte 2 gemäß 2,
und zwar an den gleichen Stellen, so dass übereinanderliegende Platten
dieser beiden Plattentypen miteinander fluchtende Durchtrittsöffnungen 6 aufweisen.
Zusätzlich
weist die in 3 dargestellte Wärmetauscherplatte 2 besonders
kleine Durchtrittsöffnungen 6h auf,
die jeweils den mittelgroßen
Durchtrittsöffnungen 6v benachbart
sind, und die als Halteöffnungen
bezeichnet werden können,
so dass sie mit dem Buchstaben „h” gekennzeichnet sind, und
deren Zweck später
näher erläutert wird.
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Der
in 3 dargestellte Typ von Wärmetauscherplatten 2 wird
mit Kunststoffelementen versehen, wie nachfolgend näher erläu tert wird: 4 zeigt
diesen Plattentyp der 3, wobei die dargestellte Wärmetauscherplatte 2 mit
einer Vielzahl von Distanzhülsen 7 versehen
ist. Diese Distanzhülsen 7 können grundsätzlich als
vorgefertigte Bauteile in die entsprechenden Durchtrittsöffnungen 6v eingesetzt werden.
Vorzugsweise werden die Distanzhülsen 7 allerdings
aus flüssigem
Kunststoff an die Wärmetauscherplatte 2 angespritzt.
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Hierzu
wird die Wärmetauscherplatte 2 in eine
Spritzgießform
eingelegt, welche beiderseits der Wärmetauscherplatte 2 Kavitäten aufweist,
also Hohlräume,
in welche flüssiger
Kunststoff eingespritzt werden kann. Ein Kern in der Kavität trägt dafür Sorge,
dass die Durchtrittsöffnungen 6v nicht
vollständig
mit Kunststoff ausgefüllt
werden, sondern dass vielmehr der zentrale Hohlraum, den jede Distanzhülse 7 aufweist,
geschaffen wird. Die Distanzhülsen 7 erstrecken
sich dann auf beiden Oberflächen
der Wärmetauscherplatte 2 als
ringförmige Wulst,
um die entsprechende Durchtrittsöffnung 6v herum
und zudem ein wenig radial in die Durchtrittsöffnung 6v hinein,
so dass die beiden vorbeschriebenen ringförmigen Wülste durch Kunststoff miteinander
verbunden sind und sich zudem der freie Durchmesser der Durchtrittsöffnung 6v durch
die nun angeformte Distanzhülse 7 verringert
hat.
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5 zeigt
dann die Wärmetauscherplatte 2 nach
dem nächsten
Fertigungsschritt: Die zuvor mit den Distanzhülsen 7 versehene Wärmetauscherplatte 2 wird
in eine nächste
Spritzgießform
eingelegt, bei welcher andere Kavitäten vorgesehen sind, die nun mit
einem anderen Kunststoff befüllt
werden. Während
die Distanzhülsen 7 benachbarte
Platten in einem vorgegebenen Abstand zueinander halten sollen und
daher druckstabil und dementsprechend vergleichsweise hart ausgeführt sind,
wird der nun einzuspritzende Kunststoff jeweils eine Dichtung 8 bilden.
Es kann sich daher bei diesem Kunststoff vorteilhaft um ein Elastomer
handeln. Hinsichtlich der Schichtdicke ist vorzugsweise vorgesehen,
dass die Dichtung 8 auf der Oberseite der Wärmetauscherplatte 2 über die
Distanzhülsen 7 nach
oben übersteht
und auf der Unterseite über
die Distanzhülsen 7 hinaus
nach un ten ragt, so dass beim Verpressen zweier benachbarter Wärmetauscherplatten 2 eine Kompression
der elastomeren Dichtungen 8 sichergestellt ist und somit
eine gute Dichtungswirkung, wenn die Distanzhülsen 7 „auf Block
gehen”,
also den nächst
benachbarten Bauteilen unter Druck anliegen.
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Die
in 5 außen
umlaufend dargestellte, große
Dichtung 8 ermöglicht
eine diagonale Durchströmung
des Plattenwärmetauschers,
indem von zwei der großen
Durchtrittsöffnungen 6s eine
Strömungsverbindung
zur Mitte der Wärmetauscherplatte 2 freigelassen
wird, während
für das
andere Wärmetauschermedium
die zugehörigen
Durchtrittsöffnungen 6s von
der Dichtung 8 umgeben sind, also von dem mittleren Strömungsbereich
der Wärmetauscherplatte 2 getrennt
sind. Auf der Unterseite derselben Wärmetauscherplatte 2 sind
die Verhältnisse
genau vertauscht: dort verläuft
diese große
Dichtung 8 anders und lässt
eine Strömung
zur Plattenmitte von den Durchtrittsöffnungen 6s zu, die
auf der Oberseite der Platte zur Plattenmitte hin abgedichtet sind.
Somit wird die an sich bekannte, „etagenweise abwechselnde” Durchströmung des
Plattenwärmetauschers 1 mit
den beiden Medien ermöglicht.
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Auch
um die mittelgroßen
Durchtrittsöffnungen 6v,
die entlang der Mittelachse der Wärmetauscherplatte 2 angeordnet
und zur Aufnahme von Verbindungselementen vorgesehen sind, verlaufen Dichtungen 8.
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Wie
aus dem Vergleich mit der 4 deutlich
wird, decken die Dichtungen 8 die besonders kleinen Durchtrittsöffnungen 6h ab.
Beim Einspritzen des Dichtungsmaterials in die Kavität der Spritzgießform fließt dieses
Dichtungsmaterial nämlich
durch die Durchtrittsöffnungen 6h auf
die andere Seite der Wärmetauscherplatte 2.
So wird ein regelrechter Formschluss zwischen dem Blech der Wärmetauscherplatte 2 und
dem Material der Dichtung 8 geschaffen. Die Durchtrittsöffnungen 6h werden
auch als Halteöffnungen
bezeichnet, da sie auch ohne eine spezielle Oberflächenbehandlung
des Blechs, welche beispielsweise das Anhaften des Dichtung-Kunststoffes
verbessern wür de,
einen guten Halt der Dichtung 8 an dem Blech bewirken.
Die Lage der jeweiligen Dichtung 8 wird somit zuverlässig mit einfachen
Mitteln fixiert.
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6 zeigt
in einer Ansicht ähnlich
derjenigen der 1 den zusammengebauten Wärmetauscher 1 in
einem aufgeschnittenen Zustand. Es ist ersichtlich, dass eine Vielzahl
von Wärmetauscherplatten 2 übereinander
im Stapel angeordnet ist und durch Verbindungselemente 5 miteinander
verbunden ist, wobei die Verbindungselemente 5 jeweils
als Kunststoff-Niet ausgestaltet sind und an den beiden äußeren Platten
des Plattenwärmetauschers 1 jeweils
einen Kopf ausbilden, der einen zuverlässigen Formschluss zwischen
dem Verbindungselement 5 und dem Plattenstapel bewirkt.
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Der
Plattenstapel wird abwechselnd durch die mit Kunststoffelementen
versehenen Wärmetauscherplatten 2 gemäß 5 und
durch die Wärmetauscherplatten 2 gemäß 2 gebildet,
die frei von Kunststoffelementen sind.
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Abweichend
von diesem Ausführungsbeispiel
kann vorgesehen sein, zugunsten einer vorteilhaft einfachen und
vereinheitlichten Fertigung und zugunsten einer Reduzierung der
Anzahl unterschiedlich ausgestalteter Bauteile sämtliche Wärmetauscherplatten 2 jeweils
mit Dichtungen 8 und Distanzhülsen 7 auszugestalten,
wobei in einem solchen Fall die Schichtdicke der einzelnen Kunststoffelemente
im Vergleich zu dem dargestellten Ausführungsbeispiel reduziert werden
kann.
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Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist
vorteilhaft, dass sich demgegenüber
eine Reduzierung der Grenzflächen
ergibt, da weniger Dichtungen und Distanzhülsen verwendet werden als wenn jede
Wärmetauscherplatte 2 über derartige
Dichtungen und Distanzhülsen
verfügen
würde.
Aufgrund dieser Reduzierung der Grenzflächen bietet der dargestellte
Plattenwärmetauschers 1 eine
höhere
Sicherheit gegen Leckagen.
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7 zeigt
den Aufbau des Plattenstapels genauer und in gegenüber 6 größerem Maßstab: Die
Verbindungselemente 5 sind durch eine Schraffur mit größerer Strichstärke besonders
deutlich hervorgehoben. Dahinter liegend, teilweise verdeckt, ist
ein oberer umlaufender Kragen 9 einer großen Durchtrittsöffnung 6s eines
Strömungskanals
ersichtlich. Bei den anderen Verbindungselementen 5 ist
im oberen Bereich hinter den Köpfen
der geschnitten dargestellten Verbindungselemente 5 ein
Kopf eines Verbindungselementes 5 erkennbar, welches zu dem
geschnitten dargestellten Verbindungselement 5 versetzt
angeordnet ist.
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Die
Verbindungselemente 5 füllen
jeweils, da sie aus flüssigem
Kunststoff gespritzt worden sind, einen Verbindungskanal aus, der
durch übereinander angeordnete
Distanzhülsen 7 gebildet
wird. Da die Distanzhülsen
an ihren beiden Stirnenden innen umlaufende schräge Fasen aufweisen, ergeben
sich an den Verbindungselementen 5 jeweils mehrere umlaufende
Rippen.
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Jede
Distanzhülse 7 umgibt
im Querschnitt etwa C-förmig
die jeweilige Wärmetauscherplatte 2 am
Rand einer Durchtrittsöffnung 6v.
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Um
die Distanzhülsen 7 herum
verläuft
das Material der Dichtung 8. Rechts oben ist in 7 angedeutet,
dass sich das Material der Dichtungen 8 durch Durchtrittsöffnungen 6h hindurch
auf beide Seiten der betreffenden Wärmetauscherplatte 2 erstreckt.
Die Durchtrittsöffnungen 6h bewirken
also einen Formschluss zwischen dem Material einer Dichtung 8 und
dem Blech der jeweiligen Wärmetauscherplatte 2.