DE102009034752A1

DE102009034752A1 - Wärmetauscher, beispielsweise Ölkühler

Info

Publication number: DE102009034752A1
Application number: DE200910034752
Authority: DE
Inventors: Michael Kilbertus
Original assignee: Modine Europe GmbH; Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Europe GmbH; Modine Manufacturing Co
Priority date: 2009-07-25
Filing date: 2009-07-25
Publication date: 2011-02-10

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, beispielsweise Ölkühler, aufgebaut aus einem Stapel von Kanäle bildenden Platten (1), wobei die Platten (1) wenigstens zwei Öffnungen (10) aufweisen, die im Plattenstapel wenigstens einen Sammelkanal (11) und einen Verteilerkanal (12) ausbilden, die die Kanäle strömungstechnisch verbinden und mit einer Grundplatte (20), die am Plattenstapel angeordnet ist und einen mit dem Sammelkanal und mit dem Verteilerkanal korrespondierenden Bypasskanal (30) aufweist. Die Erfindung führt selbst bei Bypässen größeren Querschnitts zu einer ausreichenden Festigkeit, indem erfindungsgemäß vorgesehen wird, dass eine Zusatzplatte (21) an der Grundplatte (20) liegt und wenigstens einen Zuganker (22) aufweist, der sich in den Bypasskanal (30) der Grundplatte (20) erstreckt, um darin befestigt zu sein.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, beispielsweise einen Ölkühler, aufgebaut aus einem Stapel aus Kanäle bildenden Platten, wobei die Platten wenigstens zwei Öffnungen aufweisen, die im Plattenstapel wenigstens einen Sammelkanal und einen Verteilerkanal ausbilden, die die Kanäle strömungstechnisch verbinden und mit einer Grundplatte, die am Plattenstapel angeordnet ist und einen Bypasskanal aufweist.
Solche Wärmetauscher sind beispielsweise aus der vor kurzem veröffentlichten internationalen Patentanmeldung WO 2009/059 678 A1 und auch aus älteren Veröffentlichungen bekannt.
Es gibt Anwendungen, in denen der Querschnitt des Bypasskanals recht groß gewählt werden muss, um beispielsweise eine gewünschte Größe des Bypass-Volumenstroms realisieren zu können. Die Vergrößerung des Querschnitts des Bypasskanals ist begrenzt, weil dadurch gleichzeitig die Festigkeit, hauptsächlich bezüglich Innendrucks, beeinträchtigt wird. Das ist besonders dann der Fall, wenn man auf beiden Medienseiten einen Bypasskanal einrichten möchte, denn dadurch wird die Größe der verbleibenden Verbindungsflächen noch weiter reduziert.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Festigkeit des Wärmetauschers auch bei größeren Bypass-Querschnitten zu erhalten.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabenstellung ergibt sich durch den Einsatz der Merkmale des Anspruchs 1.
Gemäß einem wesentlichen erfindungsgemäßen Aspekt ist vorgesehen, dass eine Zusatzplatte an der Grundplatte liegt und dass wenigstens ein Zuganker vorgesehen ist, der sich in den Bypasskanal der Grundplatte erstreckt, um darin befestigt zu sein.
Bevorzugt ist, dass die Zusatzplatte zwischen der Grundplatte und dem Plattenstapel angeordnet ist. Bevorzugt ist ebenfalls, dass der wenigstens eine Zuganker Teil der Zusatzplatte ist, derart, dass die Zusatzplatte wenigstens einen Ausschnitt aufweist, wobei wenigstens ein Teil des Randes dieses Ausschnitts umgeformt ist und sich als Zuganker in den wenigstens einen Bypasskanal der Grundplatte erstreckt, um darin befestigt zu sein.
Die Zuganker können jedoch auch als geprägte oder als durch Fließpressen hergestellte Vorsprünge in der Zusatzplatte oder in der Grundplatte ausgebildet sein. In diesem Fall ist der erwähnte Ausschnitt nicht erforderlich. Die Zuganker sind also entweder Teil der Zusatzplatte oder der Grundplatte. Der hier verwendete Begriff „Grundplatte” ist auch als Deckplatte bzw. als Abschlussplatte oder allgemein als Platte zu verstehen, die sich an den Stapel aus Kanäle bildenden Platten (Wärmetauscherplatten) anschließt.
Es hat sich gezeigt, dass durch die Befestigung des umgeformten Randes des Ausschnitts der Zusatzplatte im Bypasskanal der Grundplatte selbst bei sehr geringer Dicke der Zusatzplatte eine erhebliche Steigerung der Festigkeit eintritt. Das ist vor allem dann von Vorteil, wenn zwei Bypasskanäle, auf jeder Medienseite einer, vorgesehen sind, deren Größen einen beträchtlichen Teil der gesamten Fläche des Wärmetauschers einnehmen können. Unter der Wirkung des Innendrucks werden die umgeformten Ränder des Ausschnitts der Zusatzplatte im Wesentlichen mit einer Zugspannung belastet, die auch von einer dünnen Zusatzplatte gut aufgenommen werden kann. Außerdem wird durch die dünne Zusatzplatte der Querschnitt der Bypasskanäle kaum reduziert.
Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die abhängigen Ansprüche 2–15 verwiesen, die als an dieser Stelle detailliert genannt betrachtet werden sollen.
Die Erfindung wird nachfolgend in mehreren Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Beschreibung enthält weitere Merkmale und deren Vorteile.
Die beigefügten Figuren zeigen Folgendes:
Die 1, 2 und 4 sind perspektivische Ansichten eines Ölkühlers, mit Plattenstapel, Zusatzplatte und Grundplatte;
Die 3 zeigt einen Schnitt durch die Grundplatte mit Zusatzplatte und einer Wärmetauscherplatte.
Die 5 zeigt ein skizziertes zweites Ausführungsbeispiel.
Im Ausführungsbeispiel wird ein so genannter gehäuseloser Wärmetauscher als Ölkühler gezeigt, dessen Platten 1 vier längliche oder länglich ovale Öffnungen 10 aufweisen. Die Platten 1 besitzen einen aufgerichteten, umlaufenden Rand 2, sodass sie ineinander gestapelt werden können und dabei zwischen ihren Böden Abstände belassen, die als Wärme tauschende Kanäle dienen. Wie die Abbildungen zeigen, erhält der Wärmetauscher durch die aufgerichteten Ränder 2 der Platten 1 außen ein schuppenartiges Aussehen bzw. eine schuppenartige Oberfläche. Die Öffnungen 10 – nur drei sind in 1 erkennbar – bilden im Plattenstapel einen Sammelkanal 12 und einen Verteilerkanal 11 für das eintretende bzw. austretende Medium, in diesem Fall für das Öl und für das Kühlmittel. Deren Querschnitt ist in diesem Fall ebenfalls länglich. Von diesen Kanälen 11, 12 gehen zwischen den Platten 1 angeordnete bereits erwähnte Wärme tauschende Kanäle ab, die in der Zeichnung ebenfalls nicht erkennbar sind. In der 4 wurden Pfeile eingezeichnet, die andeuten sollen, dass ein flüssiges Kühlmittel und das Öl (weiße Blockpfeile) von der Grundplatte 20 her ein – und ausströmen und durch die erwähnten Kanäle hindurchströmen und dabei Wärme austauschen. Wegen der bis hierher beschriebenen Ausgestaltung kann auch auf die vorne erwähnte Referenz zurückgegriffen werden, denn sie ist bestens bekannt. Der gehäuselose Wärmetauscher besitzt auf beiden Medienseiten jeweils einen Bypasskanal 30. Die beiden Bypasskanäle 30 befinden sich in der Grundplatte 20. In einem der Bypasskanäle 30 kann Öl strömen und in dem anderen das Kühlmittel, um die Durchströmung der nicht gezeigten Kanäle zu umgehen, da sie ebenfalls mit den erwähnten Verteiler – und Sammelkanälen 11, 12 in strömungstechnischer Verbindung stehen. Wie die 1 und 3 am besten zeigen, nehmen die Bypasskanäle 30 einen beträchtlichen Teil der gesamten Grundplatte 20 ein. Die Größe der Bypasskanäle 30 führt zu einem Defizit bezüglich Festigkeit. Im Ausführungsbeispiel wurden die Bypässe 30 dadurch gebildet, dass die Grundplatte 20 aus zwei Grundplatten-Platten 20a, 20b besteht, wobei in der an der Zusatzplatte 21 angrenzenden Grundplatten-Platte 20b zwei längliche Durchbrüche ausgebildet wurden, wodurch beim Zusammenfügen die Bypasskanäle 30 entstehen. Der mit dieser Patentanmeldung gemachte Vorschlag kann bei Wärmetauschern angewendet werden, deren Platten 1 lediglich zwei Öffnungen 10 besitzen und die demnach lediglich einen Sammelkanal, einen Verteilerkanal und einen einzigen Bypasskanal, nämlich für das vom Sammelkanal zum Verteilerkanal strömende Medium, besitzen. Das andere Medium strömt an einem den Plattenstapel umgebenden Gehäuse ein, zwischen den auf Abstand angeordneten Platten hindurch und meist an einem anderen Ort des Gehäuses wieder aus. Auch dieser Wärmetauschertyp ist bestens bekannt, weshalb hier auf eine Darstellung verzichtet wird.
Aus den Darstellungen ist die bereits erwähnte Zusatzplatte 21 ersichtlich, die in den gezeigten Fällen zwischen der Grundplatte 20 und der untersten Platte 1 des Plattenstapels angeordnet ist. In dieser Zusatzplatte 21 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel lediglich ein einziger Ausschnitt 31, hier auf der Ölseite liegend, angeordnet worden, der mit dem ihm zugeordneten Bypasskanal 30 in der Grundplatte 20 korrespondiert, das heißt seine Lage entspricht der Lage des Bypasskanals 30. Ein nicht gezeigtes Ausführungsbeispiel hat auch auf der Kühlmittelseite einen solchen korrespondierenden Ausschnitt 31 in der Zusatzplatte 21. Auch die Zusatzplatte 21 ist mit vier länglich ovalen Öffnungen 10 ausgestattet. Der Ausschnitt 31 stellt sich als längliches Loch in der Zusatzplatte 21 dar. An den beiden Längsrändern 32 des Ausschnitts 31 der Zusatzplatte 21 befindet sich eine Umformung, im gezeigten Fall eine, im Querschnitt gesehen, etwa L-förmige Abkantung. Die Abkantung erstreckt sich in den Darstellungen nach unten, zur Grundplatte 20 hin, was aus der 1 am besten ersichtlich ist.
Sie ist so ausgebildet, dass sie in den Bypasskanal 30 der Grundplatte 20 hinein passt. Darunter ist zu verstehen, dass der eine Schenkel des L auf dem Boden des Bypasskanals 30 zu liegen kommt und daran verbunden werden kann. Er besitzt demnach eine Tiefe T, die der Tiefe des Bypasses 30 entspricht bzw. der Dicke der Grundplatten-Platte 20b.
Der andere Schenkel des L liegt in einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel am Längsrand des Bypasskanals 30 der Grundplatte 20 an und wird damit ebenfalls verbunden.
Im gezeigten bevorzugten Fall ist der Ausschnitt 31 jedoch deutlich schmaler als der Bypasskanal 30, sodass der Querschnitt des Bypasskanals 30 mittels der Schenkel in kleinere Abschnitte unterteilt wird, was der beabsichtigten festigkeitssteigernden Wirkung entgegenkommt. Als bevorzugte Verbindungsart für den gesamten Wärmetauscher kommt Hartlöten in Betracht. Durch die vorstehende Ausgestaltung kann selbst bei relativ großen Bypässen die geforderte Festigkeit garantiert werden. Die Verbindung des umgeformten Randes des Ausschnitts im Bypass 30 führt zu einer Zuganker-Wirkung. Wie aus den Figuren erkennbar ist, sollten die beiden stirnseitigen Enden des Ausschnitts 31 in der Zusatzplatte 21 offen sein, damit die Bypassströmung dort auch zwischen den Schenkeln ein – und austreten kann.
In einem nicht gezeigten Fall ist die Umformung, im Querschnitt gesehen, U-förmig ausgebildet worden. Der eine Schenkel wird dann also von dem einen Längsrand abgebogen und der andere Schenkel entsprechend von dem anderen Längsrand des Ausschnitts 31 in der Zusatzplatte 21. Demnach handelt es sich in diesem Fall nicht um einen echten Ausschnitt, der im Sinne des vorliegenden Vorschlags jedoch als solcher zu verstehen sein soll, denn die stirnseitigen Enden bleiben auch hier nach Art eines Ausschnitts offen. Die Basis des U liegt über einen Abschnitt der Breite des Bypasses 30 in der Grundplatte 20 auf deren Boden an, um verbunden zu werden.
Die Skizze gemäß 5 kann auch als Querschnitt durch eine Grundplatte 20 mit Zusatzplatte 21 ähnlich 3 angesehen werden. Aus der 5 soll erkennbar sein, dass auch mehrere, im gezeigten Fall, parallel in Längsrichtung laufende Zuganker 22, von der Zwischenplatte 21 abgehend, vorgesehen werden können. Demnach können mehrere nicht gezeigte Ausschnitte 31 in der Zusatzplatte 21 vorhanden sein. Es ist ferner die erste Platte 1 des Plattenstapels skizziert worden. Auch in diesem Fall wurde vorgesehen, die Grundplatte 20 aus den Grundplatten-Platten 20a und 20b zu bilden, obwohl es sich, wie die Anmelderin meint, leicht erkennbar, auch um eine einteilige Grundplatte 20 handeln könnte, in die der Bypasskanal 30 eingeformt wird. In der 5 wurde durch die Anordnung von drei Zugankern 22 der Bypasskanal 30 in vier frei durchströmbare Abschnitte aufgeteilt. Die Abschnitte dürfen untereinander auch in Strömungsverbindung stehen, woraus folgt, dass es sich bei den hier nicht gezeigten Ausschnitten nicht unbedingt um Ausschnitte 31 mit geraden Kanten bzw. um rechteckige Ausschnitte handeln muss. Diese können vielmehr zweckentsprechend festgelegt werden. Berücksichtigt sollte dabei allerdings werden, dass die Zuganker 22 bzw. die Ausschnitte so vorgesehen werden, dass sie keinen nennenswerten Druckverlust im Bypasskanal 30 verursachen.
In den gezeigten und beschriebenen Ausführungen erstrecken sich die Zuganker 22 von der Zusatzplatte 21 abgehend nach unten, zur Grundplatte 20 hin. In nicht gezeigten anderen Ausführungen erstrecken sich die Zuganker 22 hingegen nach oben, woraus folgt, dass die Zusatzplatte 21 unterhalb der Grundplatte 20 angeordnet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- WO 2009/059678 A1 [0002]

Claims

Wärmetauscher, beispielsweise Ölkühler, aufgebaut aus einem Stapel von Kanäle bildenden Platten (1), wobei die Platten (1) wenigstens zwei Öffnungen (10) aufweisen, die im Plattenstapel wenigstens einen Sammelkanal (11) und einen Verteilerkanal (12) ausbilden, die die Kanäle strömungstechnisch verbinden und mit einer Grundplatte (20), die am Plattenstapel angeordnet ist und einen mit dem Sammelkanal und mit dem Verteilerkanal korrespondierenden Bypasskanal (30) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zusatzplatte (21) an der Grundplatte (20) liegt und dass wenigstens ein Zuganker (22) vorgesehen ist, der sich in den Bypasskanal (30) der Grundplatte (20) erstreckt, um darin befestigt zu sein.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzplatte (21) zwischen dem Plattenstapel und der Grundplatte (20) angeordnet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzplatte (21) wenigstens einen Ausschnitt (31) aufweist, wobei wenigstens ein Teil des Randes (32) dieses Ausschnitts (31) umgeformt ist, sich in den Bypasskanal der Grundplatte erstreckt, um als Zuganker (22) zu wirken.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsränder (32) des Ausschnitts der Zusatzplatte (21) etwa L-förmig umgeformt sind.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Schenkel des L auf dem Boden des Bypasskanals (30) der Grundplatte (20) aufliegt und daran verbunden ist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der andere Schenkel des L vorzugsweise den Querschnitt des Bypasskanals (30) der Grundplatte (20) in Abschnitte unterteilt.
Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausschnitt (31) der Zusatzplatte etwa U-förmig umgeformt ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisabschnitt des U auf dem Boden des Bypasskanals der Grundplatte aufliegt und daran verbunden ist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die stirnseitigen Enden des Ausschnitts (31) offen sind, sodass auch zwischen den Schenkeln eine Bypassströmung möglich ist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzplatte (21) mehrere, vorzugsweise parallel angeordnete, Zuganker (22) aufweist, die sich in den Bypasskanal der Grundplatte (20) erstrecken, um darin befestigt zu sein.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass die die Kanäle bildenden Platten des Plattenstapels wenigstens vier Öffnungen aufweisen, die im Plattenstapel wenigstens zwei Sammelkanäle und zwei Verteilerkanäle ausbilden, wobei einige Kanäle den einen Sammelkanal mit dem einen Verteilerkanal strömungstechnisch verbinden und einige andere Kanäle den anderen Sammelkanal mit dem anderen Verteilerkanal strömungstechnisch verbinden.
Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Bypasskanäle in der Grundplatte vorgesehen sind, wobei der eine Bypasskanal mit dem einen Sammelkanal und dem einen Verteilerkanal korrespondiert und der andere Bypasskanal mit dem anderen Sammelkanal und dem anderen Verteilerkanal in Verbindung steht und wobei in der Zusatzplatte wenigstens ein Ausschnitt angeordnet ist, dessen Ränder wenigstens teilweise umgeformt sind und sich in einen Bypasskanal der Grundplatte erstrecken, um darin befestigt zu sein.
Wärmetauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zusatzplatte (21) wenigstens zwei Ausschnitte angeordnet sind, deren Ränder wenigstens teilweise umgeformt sind und sich jeweils in einen zugeordneten Bypasskanal der Grundplatte erstrecken, um darin befestigt zu sein.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (20) aus mehreren Grundplatten-Platten (20a, 20b) besteht, wobei der/die Bypasskanal/kanäle der Grundplatte in derjenigen Grundplatten-Platte (20b) ausgebildet ist, die an der Zwischenplatte (21) anliegt.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuganker (22) entweder ein Teil der Zusatzplatte oder ein Teil der Grundplatte sind.