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Die Erfindung betrifft eine Flanschplatte für einen Wärmetauscher gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Flanschplatten kommen zur lösbaren Verbindung, Kupplung, Abdichtung oder zum Verschließen von Rohren, Maschinenteilen oder Gehäusen zum Einsatz. Diese Flanschplatten werden in der Regel aus einem Blech hergestellt. Je nach Einsatzbereich müssen die Flanschplatten aus Korrosionsschutzgründen aus Edelstahl hergestellt werden.
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Beispielsweise bei Wärmetauschern für den Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs bestehen Flanschplatten aus Edelstahl. Derartige Wärmetauscher besitzen in der Regel ein Bündel separat ausgebildeter, strömungstechnisch parallel geschalteter, abgasführender Tauscherrohre, die in einem separat ausgebildeten geschlossenen Gehäuse angeordnet sind, welches von einem Kühlmittel durchströmt wird. Das Kühlmittel umströmt die Tauscherrohre außenseitig. Die einzelnen Rohre müssen aus einer Wandung des Gehäuses herausgeführt werden. Dies erfolgt in der Regel dadurch, dass eine Flanschplatte mit Löchern vorgesehen wird, in welchen die Rohrenden der Tauscherrohre befestigt werden. Diese Flanschplatte kommt zwangsläufig auf einer Stirnseite mit den aggressiven Abgasen in Kontakt. Sie muss aus einem korrosionsbeständigen Werkstoff bestehen, vorzugsweise Edelstahl.
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Da diese Flanschplatte nicht nur mit dem Gehäuse des Wärmetauschers verschraubt werden muss, sondern das Wärmetauschergehäuse mit weiteren Baugruppen gekoppelt werden muss, dient die Flanschplatte in der Regel auch zur Fixierung des Wärmetauschers an einem abgasführenden Rohrstrang bzw. an einer Stelleinheit, mittels welcher die Abgase gesteuert in die Tauscherrohre geleitet werden. Die Flanschplatte muss hierfür hinreichend tragfähig sein. Das wird dadurch erreicht, dass Stahlflansche hinreichender Dicke verbaut werden.
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Der Nachteil ist, dass insgesamt ein relativ hochwertiger Werkstoff eingesetzt wird. Es wäre daher wünschenswert, kostengünstigere Werkstoffe für diesen Anwendungsfall von Flanschplatten zu verwenden.
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Zum Stand der Technik ist beispielsweise die
EP 2 031 338 A2 zu nennen. Sie betrifft einen Wärmetauscher mit mehreren Durchgangsöffnungen. Die Bestandteile des Abgaswärmetauschers sind insbesondere stoffschlüssig verbunden.
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In der
DE 102 14 467 A1 wird beschrieben, dass vor dem Löten eine Vorfixierung der Teile des Abgaswärmetauschers erfolgen kann.
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In der
CH 74 560 A wird ein Verfahren zur Befestigung der Röhren in einem gegossenen Gehäuse von Wärmetausch-Apparaten beschrieben. Die Röhren werden mittels aufwalzen abgedichtet. Der Rohrboden wird mit dem Gehäuse vergossen. Die Gussbauweise setzt jedoch größere Wanddicken voraus, die sich negativ auf das Gesamtgewicht auswirken.
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Zum Stand der Technik ist die
DE 20 2006 011 660 U1 zu nennen, die einen Kühlerkopf mit einer Flanschplatte zeigt, welche eine Tragplatte aus Stahl aufweist. Eine Zusatzplatte mit denselben Abmessungen wie die Tragplatte ist auf die Tragplatte gelötet. Die Zusatzplatte kann aus Stahl bestehen. Die Tragplatte und die Zusatzplatte besitzen fluchtende Durchführungen zur Aufnahme von Enden von Wärmetauscherrohren. Es wird eine Materialpaarung vorgeschlagen aus einem korrosionsbeständigen Material für den Kontakt in korrosiver Umgebung und einem preiswerten Material für den Kontakt mit der nicht korrosiven Umgebung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flanschplatte für einen Wärmetauscher aufzuzeigen, welche dazu beiträgt, die Materialkosten zu reduzieren und möglichst auch die Fertigungskosten zu senken.
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Eine Flanschplatte, welche diese Aufgabe löst, ist Gegenstand des Patentanspruchs 1.
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Der erfindungsgemäße Flansch ist als Hybridflansch konfiguriert. Das heißt, die Flanschplatte besteht aus zwei verschiedenen Werkstoffen, nämlich einer korrosionsbeständigen Einheit und einer tragenden Einheit. Die korrosionsbeständige Einheit hat primär die Funktion, den Flansch vor Korrosion zu schützen. Die tragende Einheit dient dazu, die korrosionsbeständige Einheit zu unterstützen und auszusteifen, mithin Kräfte aufzunehmen und zu übertragen.
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Konkret besteht die Flanschplatte aus einem Lochblech aus Edelstahl und einer Tragplatte aus Stahl. Das Lochblech ist in oder an einer Durchlassöffnung in der Tragplatte angeordnet und überspannt diese, so dass das Wärmetauschermedium sowohl durch das Lochblech als auch durch die Tragplatte strömen kann. Eine weitere Besonderheit ist, dass die Tragplatte und das Lochblech miteinander verlötet sind.
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Die erfindungsgemäße Flanschplatte ist trotz des zusätzlichen Fertigungsschritts zum Fügen des Lochblechs und der Tragplatte insgesamt kostengünstiger, da das Lochblech signifikant dünner gestaltet werden kann als die Tragplatte. Mithin ist der durch Zerspanen entstehende Materialverlust im Lochblech deutlich geringer als bei einer Flanschplatte, die vollständig aus Edelstahl besteht. Die Tragplatte, die nicht aus Edelstahl besteht, ist deutlich kostengünstiger als vergleichbare Platten aus Edelstahl. Die Kosten sind also insgesamt geringer als bei einer Flanschplatte, die komplett aus Edelstahl besteht.
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Es ist vorgesehen, dass sich das Lochblech nicht über die gesamte Stirnseite der Flanschplatte erstreckt, sondern sich innerhalb der Durchlassöffnung befindet. Das Lochblech wird über ein Deckblech gehalten, das ebenfalls eine Durchlassöffnung besitzt, die zumindest bereichsweise kleiner ist als die Durchlassöffnung der Flanschplatte. Das Lochblech liegt dadurch an dem Deckblech an. Das Deckblech ist mit der Flanschplatte und dem Lochblech verlötet. Das Lochblech ist gegenüber der Stirnfläche der Tragplatte zurückversetzt, so dass es nicht über die Stirnfläche der Tragplatte vorsteht. Wenn das Lochblech nicht bündig mit der Stirnfläche der Tragplatte ist, sondern zudem noch etwas tiefer angeordnet ist, besteht die Möglichkeit, dass in dem Lochblech fixierte Rohrenden leicht über das Lochblech vorstehen, aber insgesamt ebenfalls nicht über die Stirnfläche der Tragplatte vorstehen.
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Durch das aufgelötete Deckblech kann die die Durchlassöffnung umgebende stirnseitige Randfläche der Tragplatte vor Korrosion geschützt werden. Hierzu besteht das Deckblech bevorzugt aus Edelstahl. Das Deckblech dient auch als Dichtblech gegenüber weiteren Anschlusskomponenten. Deckblech und Lochblech können dieselbe Dicke besitzen.
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Da die Tragplatte und das Lochblech miteinander verlötet werden sollen, ist zur Vorbereitung des Lötvorgangs eine Fixierung des Lochblechs und/oder des Deckblechs an der Tragplatte erforderlich. Dies erfolgt vorzugsweise über randseitige Schweißpunkte, über welche das Lochblech und/oder das Deckblech an die Tragplatte angeheftet werden. Die Schweißpunkte befinden sich außerhalb des Dichtbereichs und damit außerhalb der Stirnfläche, um die Dichtwirkung nicht zu beeinträchtigen.
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Ein wesentlicher Vorteil der gelöteten Anordnung ist, dass durch das Löten Unebenheiten zwischen der Tragplatte und dem Lochblech bzw. dem Deckblech ausgeglichen werden. Die zum Löten vorgesehene Oberfläche des Flansches muss nicht aufwendig geschliffen oder gerichtet werden. Zum Löten reichen die Einheitstoleranzen aus. Zugleich werden durch Ausgleich der Toleranzen Undichtigkeiten am Fertigteil vermieden. Mithin ergibt sich durch die Erfindung nicht nur eine Material- und Kostenersparnis, sondern auch eine Verringerung der Anzahl der Fertigungsschritte.
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Die tragende Funktion der Flanschplatte wird erfindungsgemäß nicht ausschließlich durch die Tragplatte realisiert, sondern durch die Kombination aus der Tragplatte und dem Lochblech bzw. Deckblech, die sich in ihrer Dicke summieren. Dabei soll das Verhältnis der Dicke der Tragplatte zur Dicke des Lochblechs und/oder des Deckblechs in einem Bereich von 2 bis 10 liegen. Insbesondere liegt es in einem Bereich von 2 bis 5.
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Die Dicke des Lochblechs und/oder des Deckblechs liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1 mm bis 3 mm.
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Ein weiterer Vorteil der Sandwichbauweise des Hybridflansches ist, dass die dynamischen Eigenschaften des Hybridflansches verbessert werden. Schwingungen werden besser gedämpft.
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Erfindungsgemäß wird die Flanschplatte dadurch hergestellt, dass nach dem Zuschnitt der Flanschplatten diese, ohne die Tragplatte zu schleifen oder einem aufwendigen Richtprozess zu unterziehen, in einem Lötprozess vollflächig mit dem Lochblech bzw. dem Deckblech verlötet werden. Durch das Lot zwischen der Tragplatte und dem Lochblech bzw. dem Deckblech werden Oberflächenabweichungen ausgeglichen. Bevorzugt werden die Tragplatte und das Lochblech durch Vakuumlöten miteinander verbunden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei die 3 die erfindungsgemäße Ausführung betrifft. Die 1 und 2 dienen lediglich zur Illustration des Erfindungsgedankens und sind keine Ausführungsformen der Erfindung, für die Schutz beansprucht wird. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Flanschplatte für einen Wärmetauscher;
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2 die Flanschplatte der 1 im Querschnitt und
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3 eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Flanschplatte in perspektivischer, geschnittener Darstellung.
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1 zeigt eine Flanschplatte 1 im zweischichtigen Aufbau. Die Flanschplatte 1 besitzt eine Tragplatte 2, die sich in der Bildebene oberseitig befindet. Unterhalb der Tragplatte 2 ist ein Lochblech 3 angeordnet. Das Lochblech 3 besitzt dieselben Außenabmessungen wie die Tragplatte 2. Es ist jedoch wesentlich dünner als die Tragplatte 2. Das Verhältnis der Dicke der Tragplatte 2 zur Dicke des Lochblechs 3 beträgt etwa 2,5.
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Das Lochblech 3 besteht aus einem korrosionsbeständigen Stahl, insbesondere Edelstahl, insbesondere Chrom-Nickel-Stahl. Die Tragplatte 2 besteht dahingegen aus einem nichtkorrosionsbeständigen Stahl. Der Werkstoff für die Tragplatte 2 ist mithin deutlich günstiger als der Werkstoff für das Lochblech 3.
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Das Lochblech 3 dient gewissermaßen als Rohrboden. Hierzu weist das Lochblech 3 mehrere Lochreihen auf, wobei in die einzelnen Löcher 4 Rohre eines nicht näher dargestellten Wärmetauschers eingreifen und festgelegt werden können. Die einzelnen Löcher 4 des Lochblechs 3 befinden sich im Bereich einer Durchlassöffnung 5 der Tragplatte 2. Die Durchlassöffnung 5 ist im Wesentlichen rechteckig konfiguriert. In der Bildebene 1 oberhalb der Durchlassöffnung 5 befindet sich eine weitere, ebenfalls rechteckig konfigurierte Durchlassöffnung 6. Sie ist wesentlich kleiner und dient für den Durchtritt einer Kühlflüssigkeit. Die Durchlassöffnung 6 in der Tragplatte 2 ist deckungsgleich mit einer Durchlassöffnung 7 in dem darunter liegenden Lochblech 3.
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Insgesamt sind die Tragplatte 2 und das Lochblech 3 in ihrem gesamten Überlappungsbereich deckungsgleich. Das heißt, auch die im Randbereich der Tragplatte 2 zu erkennenden Bohrungen 8, die zum Durchstecken von Schraubbolzen vorgesehen sind, befinden sich in identischer Weise auch in dem darunter liegenden Lochblech 3.
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Das Lochblech 3 ist über ein nicht näher dargestelltes Lot flächig mit der Tragplatte 2 verlötet. Das Verlöten erfolgt vorzugsweise unter Vakuum.
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Die erfindungsgemäße Ausführungsform der 3 unterscheidet sich von derjenigen der 2 dadurch, dass im Bereich der Durchlassöffnung 5 eine Auflagekante für das Lochblech 3a durch das Deckblech 12 entsteht. Durch die Verlötung der Auflagekante 9 mit dem Lochblech 3a wird die unterseitige Stirnfläche 10 sowie auch die Trägerplatte 2a vor Korrosion geschützt, weil ein Deckblech 12 auf die stirnseitigen Randflächen 13 bzw. die gesamte Stirnfläche 10 gelötet ist, genauso wie es in 1 der Fall ist. Das Deckblech 12 ist genauso wie das in 1 dargestellte Lochblech 3 an die Außenkontur der Tragplatte 2a angepasst, so dass alle Durchlassöffnungen 6, 8 in der Tragplatte 2a deckungsgleich mit entsprechenden Durchlassöffnungen in dem Deckblech sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Flanschplatte
- 2
- Tragplatte
- 2a
- Tragplatte
- 3
- Lochblech
- 3a
- Lochblech
- 4
- Loch
- 5
- Durchlassöffnung
- 6
- Durchlassöffnung
- 7
- Durchlassöffnung
- 8
- Bohrung
- 9
- Lagerkante
- 10
- Stirnfläche
- 11
- Stirnfläche
- 12
- Deckblech
- 13
- Randfläche
