-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher, insbesondere für einen Ölkühler eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft außerdem eine Anordnung eines derartigen Plattenwärmetauschers an einer Tragstruktur sowie ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Plattenwärmetauschers.
-
Aus der
WO 90/13394 A1 ist ein Plattenwärmetauscher bekannt, bei dem mehrere Kanalplatten in einer Stapelrichtung aufeinander gestapelt sind. Dabei definieren die Kanalplatten einen inneren Fluidpfad und einen äußeren Fluidpfad. Die aufeinander gestapelten Kanalplatten sind hierzu zu Plattenpaaren zusammengefasst, wobei benachbarte Plattenpaare in der Stapelrichtung zueinander beabstandet sind. Jedes Plattenpaar umschließt einen Abschnitt des internen Fluidpfads, während zwischen zwei benachbarten Plattenpaaren jeweils ein Abschnitt des externen Fluidpfads ausgebildet ist. Um den Plattenstapel in der Stapelrichtung verspannen zu können, sind innere und äußere Distanzelemente vorgesehen. Die inneren Distanzelemente sind dabei jeweils im Inneren der Plattenpaare angeordnet, während die äußeren Distanzelemente jeweils im Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Plattenpaaren angeordnet sind. Die einzelnen Kanalplatten stützen sich somit an ihrer Innenseite an einem inneren Distanzelement und an ihrer Außenseite an einem äußeren Distanzelement ab. Hierdurch sind die einzelnen, vergleichsweise dünnwandigen Kanalplatten verblockt, so dass sie durch eine im Bereich der Distanzelemente angeordnete Verschraubung nur auf Druck und nicht auf Biegung belastet sind.
-
Ein weiterer Plattenwärmetauscher ist aus der
DE 103 93 221 T5 bekannt, bei dem ein rechteckiger Plattenstapel im Bereich seiner beiden kurzen Seiten, die durch die beiden langen Seiten voneinander beabstandet sind, mit Hilfe von Versteifungsplatten abgedeckt ist, die bezüglich der Stapelrichtung von außen an der ersten und an der letzten Kanalplatte anliegen. Die Versteifungsplatten sind dabei über säulenartige bzw. hülsenartige Stützelemente miteinander verbunden. Die Stützelemente sind außen an einem Außenumfang des Plattenstapels angeordnet. Die Versteifungsplatten erstrecken sich dabei nur im Bereich der jeweiligen kurzen Seite, so dass insgesamt vier separate Stützplatten erforderlich sind.
-
Insbesondere bei Fahrzeuganwendungen besteht auch bei derartigen Plattenwärmetauschern das Bedürfnis, diese leichter auszuführen. Die Verwendung von Platten geringerer Wandstärken führt zu einem reduzierten Gewicht sowie zu einer verbesserten Wärmeübertragung zwischen den beiden Fluidpfaden. Gleichzeitig nimmt jedoch die Stabilität des Plattenstapels ab. Die reduzierte Stabilität kann bei einer größeren Druckdifferenz zwischen dem inneren Fluidpfad und dem äußeren Fluidpfad zu einer Deformation der dünnwandigen Kanalplatten führen. Hierbei besteht die Gefahr, dass die Verbindungsstellen der paarweise miteinander verbundenen Kanalplatten beschädigt werden, wodurch es zu Leckagen kommen kann.
-
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen derartigen Plattenwärmetauscher bzw. für eine zugehörige Anordnung bzw. für ein zugehöriges Herstellungsverfahren eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine einfache Herstellbarkeit und/oder durch eine preiswerte Realisierbarkeit und/oder durch eine erhöhte Funktionssicherheit auszeichnet.
-
Dieses Problem wird bei der vorliegenden Erfindung insbesondere durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die aufeinander gestapelten Kanalplatten zwischen einer durchgehenden Grundplatte und einer durchgehenden Abdeckplatte anzuordnen, wobei die Grundplatte und die Abdeckplatte über Stützelemente in der Stapelrichtung aneinander abgestützt sind und die Kanalplatten quer zur Stapelrichtung zwischen den Stützelementen angeordnet sind. Die Grundplatte und die Abdeckplatte stehen dabei in der Stapelrichtung mit den außenliegenden Kanalplatten in Kontakt, so dass sich der aus den Kanalplatten gebildete Kanalplattenstapel in der Stapelrichtung an der Grundplatte und an der Abdeckplatte abstützt. Hierdurch erhält der Kanalplattenstapel eine erhöhte Stabilität, was die Gefahr einer Deformation der Kanalplatten aufgrund eines Überdrucks im Inneren Fluidpfad erheblich reduziert. Durch die vorgeschlagene Bauweise ist es dadurch möglich, die einzelnen Kanalplatten mit einer vergleichsweise kleinen Wandstärke auszustatten, wodurch die Wärmeübertragung verbessert und das Gewicht des Plattenwärmetauschers reduziert werden kann. Die Grundplatte und die Abdeckplatte besitzen dabei jeweils eine deutlich höhere Biegesteifigkeit als eine der Kanalplatten, was einerseits durch eine vergrößerte Wandstärke und andererseits durch eine entsprechende Formgebung, beispielsweise mittels Rippen und/oder Sicken realisierbar ist. Außerdem ist es grundsätzlich möglich, die Grundplatte und die Abdeckplatte aus einem anderen, steiferen Werkstoff herzustellen als die Kanalplatten. Zweckmäßig sind die Grundplatte und die Abdeckplatte in der Stapelrichtung jeweils einlagig konzipiert, so dass im Plattenstapel letztlich nur eine einzige Grundplatte und nur eine einzige Abdeckplatte vorhanden sind. Grundsätzlich ist es jedoch ebenso möglich, die Grundplatte bzw. die Abdeckplatte in der Stapelrichtung mehrlagig zu konzipieren, wodurch die jeweilige Grundplatte bzw. Abdeckplatte dann mehrteilig konzipiert sein kann. Die in der Stapelrichtung gemessene Wandstärke kann bei der Grundplatte und bei der Abdeckplatte beispielsweise wenigstens zweimal größer sein als bei der jeweiligen Kanalplatte. Vorzugsweise ist die Wandstärke der Abdeckplatte und der Grundplatte mindestens fünfmal größer als bei einer der Kanalplatten.
-
Zweckmäßig bilden die Grundplatte und die Abdeckplatte auch eine Begrenzung des äußeren Fluidpfads quer zur Stapelrichtung. Der äußere Fluidpfad besteht aus mehreren parallel durchströmbaren Abschnitten, die jeweils zwischen zwei in der Stapelrichtung benachbarten Kanalplattenpaaren, die jeweils einen Abschnitt des inneren Fluidpfads umschließen, sowie in der Stapelrichtung zwischen der Grundplatte und der einen außenliegenden Kanalplatte und in der Stapelrichtung zwischen der Abdeckplatte und der anderen außenliegenden Kanalplatte ausgebildet sind.
-
Die durchgehende Abdeckplatte und die durchgehende Grundplatte erstrecken sich quer zur Stapelrichtung weitgehend gleichförmig wie die Kanalplatten. Insbesondere sind die Grundplatte und die Abdeckplatte in der quer zur Stapelrichtung verlaufenden Längsrichtung des Plattenstapels und in der quer zur Stapelrichtung sowie quer zur Längsrichtung verlaufenden Querrichtung des Plattenstapels gleich groß dimensioniert wie die Kanalplatten.
-
Durch die Verwendung einer durchgehenden Abdeckplatte und einer durchgehenden Grundplatte vereinfacht sich auch die Herstellung des Plattenwärmetauschers, da es über die Grundplatte und die Abdeckplatte möglich ist, eine parallel zur Stapelrichtung wirkende Vorspannkraft in den Kanalplattenstapel einzuleiten. Eine derartige Vorspannkraft ist zur Realisierung einer ordnungsgemäßen Verlötung der aneinander anliegenden Kanalplatten bzw. zum dichten Verlöten der beiden Kanalplatten des jeweiligen Kanalplattenpaars erforderlich. Da über die Grundplatte und die Abdeckplatte eine derartige Vorspannkraft besonders einfach in den Kanalplattenstapel eingebracht werden kann, kann auf komplexe, zusätzliche Maßnahmen verzichtet werden, die erforderlich sind, um eine homogene Kraftverteilung innerhalb des Kanalplattenstapels für den Lötvorgang herbeizuführen.
-
Innerhalb des Plattenstapels bzw. innerhalb des Plattenwärmetauschers unterscheiden sich die Grundplatte und die Abdeckplatte von den Kanalplatten außerdem dadurch, dass nur die Abdeckplatte und die Grundplatte über die Stützelemente aneinander in der Stapelrichtung abgestützt sind. Die Kanalplatten stützen sich bestenfalls quer zur Stapelrichtung an den Stützelementen ab. In der Stapelrichtung stützen sich die Kanalplatten aneinander ab, wobei sich die außenliegenden Kanalplatten in der Stapelrichtung zusätzlich an der Grundplatte bzw. an der Abdeckplatte abstützen.
-
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Stützelemente außerhalb der Kanalplatten angeordnet. Hierdurch ergibt sich ein stark vereinfachter Aufbau, da insbesondere keine Dichtungsmaßnahmen erforderlich sind, die bei durch die Kanalplatten hindurchgeführten Stützelementen vorzusehen wären.
-
Zweckmäßig kann die jeweilige Kanalplatte an ihrem Außenrand für das jeweilige Stützelement eine Aussparung aufweisen, in welche das jeweilige Stützelement quer zur Stapelrichtung eingreift. Hierdurch ergibt sich ein Formschluss zwischen den Kanalplatten und den Stützelementen. Insbesondere die Herstellung des Plattenwärmetauschers wird dabei vereinfacht, da sich die Stützelemente beim Aufeinanderstapeln der einzelnen Platten als Positionierhilfe verwenden lassen.
-
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform können die Kanalplatten an den Stützelementen in der Stapelrichtung geführt sein. Gleichzeitig kann dadurch eine Abstützung der Kanalplatten an den Stützelementen quer zur Stapelrichtung realisiert werden. Auch diese Maßnahme führt zu einer Vereinfachung bei der Herstellung des Plattenwärmetauschers, da die Stützelemente beim Aufeinanderstapeln der Kanalplatten für eine vorgesehene Positionierung der Kanalplatten sorgen.
-
Bei einer anderen Ausführungsform können die Grundplatte und die Abdeckplatte rechteckig sein und jeweils vier Eckbereiche aufweisen. Zweckmäßig sind dann genau vier Stützelemente vorgesehen, die auf die vier Eckbereiche der Grundplatte und der Abdeckplatte verteilt sind. Mit anderen Worten, in jedem Eckbereich ist dann jeweils genau ein Stützelement angeordnet, um die Grundplatte an der Abdeckplatte in der Stapelrichtung abzustützen. Letztlich wird durch die Grundplatte, die Abdeckplatte und die vier Stützelemente ein Quader gebildet, dessen zwölf Seitenkanten durch die vier Stützelemente, die zwei langen Seiten der Grundplatte, die zwei langen Seiten der Abdeckplatte, die zwei kurzen Seiten der Grundplatte und die zwei kurzen Seiten der Abdeckplatte gebildet sind. Insgesamt ergibt sich somit eine einfach handhabbare Geometrie für den Plattenwärmetauscher.
-
Zweckmäßig kann bei einer Weiterbildung die Einlassöffnung für den inneren Fluidpfad an einem Längsendbereich der Grundplatte oder der Abdeckplatte angeordnet sein und sich zumindest teilweise zwischen den beiden, diesem Längsendbereich zugeordneten Eckbereichen erstrecken. Entsprechendes gilt dann analog für die Auslassöffnung des inneren Fluidpfads, die dann an einem Längsendbereich der Grundplatte oder der Abdeckplatte angeordnet ist und sich zumindest teilweise zwischen den beiden, diesem Längsendbereich zugeordneten Eckbereichen erstreckt. Somit führt der innere Fluidpfad vom einen Längsendbereich zum anderen Längsendbereich, wobei bevorzugt eine parallele Durchströmung mehrerer Abschnitte des inneren Fluidpfads vorgesehen ist, die sich dadurch ergeben, dass je zwei Kanalplatten zu einem Plattenpaar zusammengefasst sind, das in seinem Inneren einen solchen Abschnitt des inneren Fluidpfads definiert bzw. umschließt.
-
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung können die Kanalplatten im Wesentlichen rechteckig sein, wobei allerdings ihre Eckbereiche durch, insbesondere rechteckige, Aussparungen gebildet sind, in denen sich die Stützelemente in der Stapelrichtung erstrecken. Insbesondere verbleiben die Kanalplatten in einer parallel zur Stapelrichtung orientierten Projektion innerhalb der Kontur der Grundplatte und der Abdeckplatte, wodurch sich für den Plattenwärmetauscher ein kompakter Aufbau realisieren lässt. Die Stützelemente können quer zur Stapelrichtung zweckmäßig einen, insbesondere rechteckigen, Querschnitt besitzen, der komplementär zur Geometrie der jeweiligen Aussparungen der Kanalplatten geformt ist.
-
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann das jeweilige Stützelement an einer der Grundplatte zugewandten Seite einen Bund aufweisen, an dem die Grundplatte in der Stapelrichtung abgestützt ist und von dem ein Endabschnitt des jeweiligen Stützelements in der Stapelrichtung absteht und in eine Stecköffnung hineinragt, die in der Grundplatte ausgebildet ist. Zweckmäßig kann das jeweilige Stützelement an einer der Abdeckplatte zugewandten Seite einen Bund aufweisen, an dem die Abdeckplatte in der Stapelrichtung abgestützt ist und von dem ein Endabschnitt des jeweiligen Stützelements in der Stapelrichtung absteht und in eine Stecköffnung hineinragt, die an der Abdeckplatte ausgebildet ist. Aufgrund dieser Merkmale lassen sich die einzelnen Komponenten des Plattenwärmetauschers, nämlich die Abdeckplatte, die Grundplatte, die Kanalplatten und die Stützelemente für die Herstellung des Plattenwärmetauschers einfach aneinander fixieren, ohne dass hierzu zusätzliche Hilfsmittel erforderlich sind. Die Stützelemente lassen sich mit den entsprechenden Endabschnitten in die Stecköffnungen der Grundplatte einstecken. Danach lassen sich die Kanalplatten auf die Grundplatte aufstapeln, wobei sie quer zur Stapelrichtung zwischen den Stützelementen zwangsläufig positioniert werden. Schließlich kann die Abdeckplatte aufgesetzt werden, wobei die entsprechenden Endabschnitte der Stützelemente in die Stecköffnungen der Abdeckplatte gesteckt werden. Der jeweilige Bund kann beispielsweise durch einen am Stützelement ringförmig umlaufenden Kragen gebildet sein. Alternativ kann der jeweilige Bund auch durch eine Ringstufe am Stützelement ausgebildet sein.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Grundplatte in der Stapelrichtung nicht über ein stirnseitiges Ende des Endabschnitts des jeweiligen Stützelements vorsteht. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Abdeckplatte in der Stapelrichtung nicht über ein stirnseitiges Ende des Endabschnitts des jeweiligen Stützelements vorsteht. Durch diese Maßnahme vereinfacht sich die Handhabung des Plattenstapels, insbesondere während der Herstellung, da so nur die Außenseiten der Grundplatte und der Abdeckplatte in der Stapelrichtung die Außenkontur des Platenstapels definieren.
-
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann das jeweilige Stützelement eine das Stützelement in der Stapelrichtung durchsetzende Durchgangsöffnung aufweisen. Insbesondere kann das Stützelement somit nach Art einer Hülse konzipiert sein.
-
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Grundplatte, die Kanalplatten und die Abdeckplatte aus einem Leichtmetall oder aus einer Leichtmetalllegierung hergestellt sein, während die Stützelemente aus Eisen oder aus einer Eisenlegierung hergestellt sind. Insbesondere besitzen die Platten somit gleiche thermische Ausdehnungskoeffizienten, so dass sich thermisch bedingte Spannungseffekte quer zur Stapelrichtung vermeiden lassen. Im Unterschied dazu besitzen die Stützelemente zweckmäßig einen anderen, insbesondere kleineren thermischen Dehnungskoeffizienten als die Platten, wodurch der Plattenstapel insgesamt eine besonders hohe Formstabilität parallel zur Stapelrichtung besitzt.
-
Die einzelnen Kanalplatten sind zweckmäßig Gleichteile, wobei Kanalplatten, die in der Stapelrichtung aneinander grenzen, zweckmäßig um 180° gewendet sind, um an ihren Innenseiten den inneren Fluidpfad und an ihren Außenseiten den äußeren Fluidpfad zu begrenzen.
-
Der aus den Kanalplatten, der Grundplatte und der Abdeckplatte gebildete Stapel besitzt einen Außenumfang, der jede Platte jeweils in einer Umfangsrichtung einfasst, die sich auf die Stapelrichtung bezieht. Mit anderen Worten, die Stapelrichtung definiert eine Achse, um welche die Umfangsrichtung umläuft. Der interne oder innere Fluidpfad ist nun an diesem Außenumfang geschlossen, während der externe oder äußere Fluidpfad am Außenumfang offen ist. Zweckmäßig besitzt der äußere Fluidpfad im Außenumfang zumindest einen Einlass und zweckmäßig gegenüberliegend zumindest einen Auslass.
-
Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung eines Plattenwärmetauschers der vorstehend beschriebenen Art an einer Tragstruktur ist der Plattenwärmetauscher je Stützelement mit einer Verschraubungsöffnung ausgestattet, die in der Stapelrichtung die Abdeckplatte, das jeweilige Stützelement und die Grundplatte durchsetzt. Diese Verschraubungsöffnung kann bei einer zweckmäßigen Ausführungsform innerhalb der Anordnung zu einer in der Tragstruktur ausgebildeten Gewindeöffnung fluchten. Ferner ist je Stützelement eine Verschraubung vorgesehen, die eine Schraube aufweist, deren Schaft die Verschraubungsöffnung durchsetzt und in die Gewindeöffnung eingeschraubt ist. Der Kopf der jeweiligen Schraube ist dann an einer von der Tragstruktur abgewandten Außenseite an der Abdeckplatte oder am jeweiligen Stützelement entweder indirekt über eine Scheibe oder direkt abgestützt. Alternativ kann anstelle einer Schraube auch eine Gewindestange verwendet werden, deren Schaft die Verschraubungsöffnung durchsetzt. Die Gewindestange kann an der Tragstruktur auf geeignete Weise befestigt sein, z.B. in eine Gewindeöffnung eingeschraubt oder mit der Tragstruktur verschweißt sein. Eine auf die jeweilige Gewindestange aufgeschraubte Mutter kann dann an einer von der Tragstruktur abgewandten Außenseite an der Abdeckplatte oder am jeweiligen Stützelement entweder indirekt über eine Scheibe oder direkt abgestützt sein. Auf diese Weise kann der Plattenwärmetauscher somit durch die Stützelemente hindurch mit der Tragstruktur fest verbunden werden, wobei zum einen eine effiziente Anbindung und zum anderen eine einfache Zugänglichkeit gewährleistet sind.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren, mit dessen Hilfe Plattenwärmetauscher der vorstehend beschriebenen Art hergestellt werden können, nutzt die Stützelemente zum Positionieren der einzelnen Kanalplatten während der Stapelbildung. Die Kanalplatten sind dabei an Lötstellen bereits mit Lot versehen. Über die Abdeckplatte kann nun eine Vorspannkraft in den Kanalplattenstapel eingeleitet werden, die in Richtung auf die Grundplatte orientiert ist. Während nun diese Vorspannkraft wirksam ist, kann ein Lötprozess durchgeführt werden, der die Kanalplatten miteinander verbindet. In jedem Fall werden dabei jeweils die beiden Kanalplatten eines Kanalplattenpaars miteinander verlötet, die in ihrem Inneren einen Abschnitt des inneren Fluidkanals bilden. Darüber hinaus können auch Einfassungen, die beim jeweiligen Kanalplattenpaar eine Durchgangsöffnung einfassen, die mit dem zugehörigen Abschnitt des inneren Fluidpfads kommuniziert, bei benachbarten Kanalplattenpaaren fest miteinander verbunden werden. Ebenso kann zumindest im Bereich dieser Einfassungen eine feste Verbindung zwischen den in der Stapelrichtung außenliegenden Kanalplatten und der Grundplatte bzw. der Abdeckplatte hergestellt werden. Auch ist denkbar, dass bei benachbarten Kanalplattenpaaren die einander zugewandten Außenseiten der Kanalplatten, welche den jeweiligen Abschnitt des äußeren Fluidpfads begrenzen, aneinander anliegen und miteinander verlötet werden. Insgesamt können somit alle Platten innerhalb des Plattenstapels miteinander verbunden werden. Durch diese Vorgehensweise dienen die Stützelemente als Hilfsmittel für die Herstellung des Plattenwärmetauschers.
-
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann ein parallel zur Stapelrichtung gemessener Abstand zwischen der Grundplatte und der Abdeckplatte vor dem Lötprozess größer sein als nach dem Lötprozess. Das bedeutet, dass die Lötstellen bezüglich der Stapelrichtung axial orientiert sind, so dass das Lot axial aufträgt und so besagten Abstand vor dem Lötprozess vergrößert. Während des Lötvorgangs schmilzt das Lot auf und kann durch die Vorspannung quer zur Stapelrichtung ausweichen, wodurch sich besagter Abstand reduziert. Zweckmäßig kann nun die Abnahme des Abstands zwischen der Grundplatte und der Abdeckplatte während des Lötprozesses durch die Stützelemente auf einen vorbestimmten Wert bzw. Abstand begrenzt sein. Der vorbestimmte Abstandswert ist dabei zweckmäßig so gewählt, dass sich bei allen vorgesehenen Lötstellen eine ausreichende Lötverbindung einstellen kann.
-
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann das Stapeln der Grundplatte, der Kanalplatten und der Abdeckplatten in einer Stapelstation durchgeführt werden, während der Lötprozess in einer Lötstation durchgeführt wird. Zweckmäßig kann nun ein Stapel aus Grundplatte, Kanalplatten und Abdeckplatte mittels einer Halteeinrichtung von der Stapelstation in die Lötstation überführt werden. Eine derartige Halteeinrichtung charakterisiert sich dadurch, dass sie für jedes Stützelement einen parallel zur Stapelrichtung verlaufenden Stift aufweist, der zum Überführen des Stapels in eine Stiftöffnung eingreift, welche die Grundplatte vollständig und das jeweilige Stützelement zumindest teilweise in der Stapelrichtung durchsetzt. Mit anderen Worten, der hier vorgestellte Plattenwärmetauscher ist aufgrund seines Aufbaus besonders einfach mit Hilfe einer derartigen Halteeinrichtung manipulierbar, beispielsweise um ihn von der Stapelstation in die Lötstation zu überführen.
-
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der Stapel bereits auf besagter Halteeinrichtung erzeugt wird. Somit entfällt ein Schritt, bei dem der aufgebaute Stapel zunächst auf die Halteeinrichtung aufgesetzt werden muss, um den Stapel dann mit Hilfe der Halteeinrichtung in die Lötstation überführen zu können. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass der Lötvorgang durchgeführt wird, während der Stapel noch von der Halteeinrichtung erfasst ist. Auch hierdurch lässt sich ein Schritt einsparen, bei dem der Stapel von der Halteeinrichtung abgenommen wird, um ihn in der Lötstation zu positionieren.
-
Im einfachsten Fall wird somit der jeweilige Stapel in der Stapelstation bereits auf der jeweiligen Halteeinrichtung aufgebaut und dann mit Hilfe der Halteeinrichtung in die Lötstation überführt und dort verlötet, während er noch immer von der Halteeinrichtung gehalten ist. Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache Handhabung der einzelnen Komponenten des Plattenwärmetauschers während der Herstellung.
-
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
-
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
-
Es zeigen, jeweils schematisch,
-
1 eine isometrische Ansicht eines Plattenwärmetauschers in einer teilweise auseinander gezogenen Darstellung,
-
2 eine isometrische Ansicht einer Halteeinrichtung, die während der Herstellung eines derartigen Plattenwärmetauschers zum Einsatz kommen kann,
-
3 eine Seitenansicht eines Längsendbereichs des Plattenwärmetauschers vor einem Lötprozess,
-
4 eine Seitenansicht wie in 3, jedoch nach dem Lötprozess,
-
5 eine vereinfachte Schnittansicht einer Anordnung eines solchen Plattenwärmetauschers an einer Tragstruktur im Bereich eines Stützelements.
-
Entsprechend den 1–5 umfasst ein Plattenwärmetauscher 1, der bevorzugt als Ölkühler eines Kraftfahrzeugs ausgestaltet ist, zumindest eine durchgehende Grundplatte 2, mehrere Kanalplatten 3 und zumindest eine durchgehende Abdeckplatte 4. Des Weiteren sind mehrere Stützelemente 5 vorgesehen. Im bevorzugten Beispiel sind genau vier Stützelemente 5 vorgesehen. Grundsätzlich kann jedoch auch eine andere Anzahl an Stützelementen 5 vorhanden sein. Die Grundplatte 2, die Kanalplatten 3 und die Abdeckplatte 4 sind in einer durch Pfeile angedeuteten Stapelrichtung 6 aufeinander gestapelt. Dabei bilden die aufeinander gestapelten Kanalplatten 3 einen Kanalplattenstapel 7, der gemeinsam mit der Grundplatte 2 und der Abdeckplatte 4 einen Plattenstapel 8 bildet. In diesen Plattenstapel 8 sind die Kanalplatten 3, also der Kanalplattenstapel 7 in der Stapelrichtung 6 zwischen der Grundplatte 2 und der Abdeckplatte 4 angeordnet.
-
Die Kanalplatten 3 definieren einen durch Pfeile angedeuteten inneren Fluidpfad 9 sowie einen äußeren Fluidpfad 10, der ebenfalls durch Pfeile angedeutet ist. Erkennbar verläuft der äußere Fluidpfad 10 im Beispiel quer zum inneren Fluidpfad 9. Beide Fluidpfade 9, 10 verlaufen dabei weitgehend senkrecht zur Stapelrichtung 6. Zur Ausbildung des inneren Fluidpfads 9 sind zweckmäßig je zwei Kanalplatten 3 zu einem Kanalplattenpaar zusammengefasst, das einen Abschnitt des internen Fluidpfads 9 umschließt. Zwei in der Stapelrichtung 6 benachbarte Kanalplattenpaare sind zumindest bereichsweise zueinander beabstandet bzw. so geformt, dass zwischen den benachbarten Kanalplattenpaaren ein Abschnitt des äußeren Fluidpfads 10 entsteht. Dabei können sich die am jeweiligen Abschnitt des äußeren Fluidpfads 10 gegenüberliegenden Kanalplatten 3 berühren. Jedenfalls wechseln sich in der Stapelrichtung 6 Abschnitte des inneren Fluidpfads 9 und Abschnitte des äußeren Fluidpfads 10 ab. Die einzelnen Abschnitte sind parallel von einem ersten Fluid bzw. von einem zweiten Fluid durchströmbar und bilden gemeinsam den inneren Fluidpfad 9 bzw. den äußeren Fluidpfad 10.
-
Der Kanalplattenstapel 7 definiert einen Einlasskanal 11 für den inneren Fluidpfad 9, der durch zueinander fluchtende Durchgangsöffnungen der einzelnen Kanalplatten 3 zustande kommt. Auf entsprechende Weise ist ein Auslasskanal 12 im Kanalplattenstapel 7 ausgebildet, der ebenfalls durch in der Stapelrichtung 6 zueinander fluchtende Durchgangsöffnungen der einzelnen Kanalplatten 3 gebildet ist. Die Grundplatte 2 besitzt eine Einlassöffnung 13, die zum Einlasskanal 11 fluchtet und so mit dem inneren Fluidpfad 9 fluidisch verbunden ist. Die Grundplatte 2 besitzt außerdem eine Auslassöffnung 14, die zum Auslasskanal 12 fluchtet und so ebenfalls mit dem inneren Fluidpfad 9 fluidisch verbunden ist.
-
Die Stützelemente 5 stützen die Grundplatte 2 und die Abdeckplatte 4 in der Stapelrichtung 6 aneinander ab. Hierzu stützen sich die Stützelemente 5 an einander zugewandten Innenseiten der Grundplatte 2 und der Abdeckplatte 4 ab. Ferner sind die Stützelemente 5 an der Grundplatte 2 und an der Abdeckplatte 4 so angeordnet, dass die Kanalplatten 3 quer zur Stapelrichtung 6 zwischen den Stützelementen 5 angeordnet sind. Dabei befinden sich die Stützelemente 5 außerhalb der Kanalplatten 3 bzw. außerhalb des Kanalplattenstapels 7, so dass die Stützelemente 5 vollständig vom inneren Fluidpfad 9 entkoppelt sind. Die Grundplatte 2 und die Abdeckplatte 4 erstrecken sich über die gesamte Länge 15 sowie über die gesamte Breite 16 des Plattenwärmetauschers 1. Sie sind zweckmäßig einlagig bzw. einstückig konzipiert und zeichnen sich gegenüber den einzelnen Kanalplatten 3 durch eine deutlich höhere Biegesteifigkeit aus. Im gezeigten Beispiel wird die erhöhte Biegesteifigkeit der Grundplatte 2 und der Abdeckplatte 4 gegenüber den einzelnen Kanalplatten 3 im Wesentlichen durch eine Wandstärke 17 erreicht, die deutlich größer ist, zum Beispiel etwa fünfmal größer ist, als eine Wandstärke 18 einer der Kanalplatten 3. Zweckmäßig sind die Kanalplatten 3 Gleichteile, so dass alle Kanalplatten 3 identisch sind. Zur Ausbildung der vorstehend genannten Kanalplattenpaare sind Kanalplatten 3, die in der Stapelrichtung 6 benachbart sind, jeweils um 180° zueinander gewendet.
-
Die Kanalplatten 3 besitzen an ihrem Außenrand für jedes der Stützelemente 5 eine Aussparung 19. In diese Aussparungen 19 greifen die Stützelemente 5 quer zur Stapelrichtung 6 ein. Auf diese Weise ergibt sich ein Formschluss zwischen den Kanalplatten 3 und den Stützelementen 5 quer zur Stapelrichtung 6. Gleichzeitig bilden die Stützelemente 5 dadurch eine Führung für die Kanalplatten 3 in der Stapelrichtung 6, wobei die Kanalplatten 3 quer zur Stapelrichtung 6 an den Stützelementen 5 abgestützt sind. Die Abstützung und Führung der Kanalplatten 3 an den Stützelementen 5 ist zumindest während des Aufbaus des Plattenwärmetauschers 1 gegeben, also bei Aufeinanderstapeln der einzelnen Platten 2, 3, 4. Im fertigen Zustand sind die Platten 2, 3, 4 miteinander verlötet, so dass dann die Führungsfunktion und Abstützfunktion der Stützelemente 5 für die Kanalplatten 3 entbehrlich ist.
-
Vorzugsweise sind hier die Grundplatte 2 und die Abdeckplatte 4 rechteckig, so dass sie jeweils vier Eckbereiche 20 aufweisen. Die vier Stützelemente 5 sind nun auf die vier Eckbereiche 20 der Grundplatte 2 und der Abdeckplatte 4 verteilt. Diese Eckbereiche 20 überdecken die zuvor genannten Aussparungen 19 in der Stapelrichtung 6. Im Beispiel besitzen die Aussparungen 19 und die Stützelemente 5 quer zur Stapelrichtung 6 zueinander komplementäre Profile, die bevorzugt rechteckig sind.
-
Die Einlassöffnung 13 ist an einem Längsendbereich 21 der Grundplatte 2 angeordnet und erstreckt sich zumindest teilweise zwischen den beiden Eckbereichen 20, die diesem Längsendbereich 21 zugeordnet sind. Analog dazu ist die Auslassöffnung 14 an einem weiteren Längsendbereich 22 der Grundplatte 2 angeordnet, der dem zuvor genannten ersten Längsendbereich 21 gegenüberliegt. Auch die Auslassöffnung 14 erstreckt sich zumindest teilweise zwischen den beiden Eckbereichen 20, die diesem zweiten Längsendbereich 22 zugeordnet sind. Auch die Kanalplatten 3 sind ebenfalls rechteckig konzipiert, besitzen jedoch in ihren Eckbereichen die zuvor genannten Aussparungen 19, in denen sich die Stützelemente 5 erstrecken.
-
Wie sich insbesondere 5 entnehmen lässt, besitzt das jeweilige Stützelement 5 an einer der Grundplatte 2 zugewandten Seite einen Bund 23, an dem die Grundplatte 2 in der Stapelrichtung 6 abgestützt ist. Von diesem Bund 23 steht ein Endabschnitt 24 des Stützelements 5 in der Stapelrichtung 6 ab und ragt dabei in eine Stecköffnung 25 hinein, die in der Grundplatte 2 ausgebildet ist und diese durchsetzt. Ferner besitzt das jeweilige Stützelement 5 vorzugsweise an einer der Abdeckplatte 4 zugewandten Seite einen Bund 26, an dem die Abdeckplatte 4 in der Stapelrichtung 6 abgestützt ist. Von diesem Bund 26 steht ein Endabschnitt 27 des Stützelements 5 in der Stapelrichtung 6 ab und ragt in eine Stecköffnung 28 hinein, die an der Abdeckplatte 4 ausgebildet ist und diese durchsetzt. Die Endabschnitte 24, 27 sind zweckmäßig so auf die Wandstärke 17 der Grundplatte 2 bzw. der Abdeckplatte 4 abgestimmt, dass sie mit ihrem stirnseitigen Ende 29 bzw. 30 nicht in der Stapelrichtung 6 über die Grundplatte 2 bzw. die Abdeckplatte 4 vorstehen. Mit anderen Worten, die Endabschnitte 24, 27 sind in der Stapelrichtung 6 maximal gleichgroß wie die Wandstärke 17 der Grundplatte 2 bzw. der Abdeckplatte 4. Das Stützelement 5 ist zweckmäßig außerdem mit einer Durchgangsöffnung 31 ausgestattet, die das Stützelement 5 in der Stapelrichtung 6 durchsetzt. Hierdurch lässt sich die in 5 gezeigt Anordnung 32 realisieren, bei welcher der Plattenwärmetauscher 1 an einer Tragstruktur 33 befestigt ist, die zweckmäßig durch einen Bestandteil eines Kraftfahrzeugs gebildet ist. Die zuvor genannten Einstecköffnungen 25, 28 bilden zusammen mit der Durchgangsöffnung 31 eine Verschraubungsöffnung 34, die in der Stapelrichtung 6 die Abdeckplatte 4, das jeweilige Stützelement 5 und die Grundplatte 2 durchsetzt. Diese Verschraubungsöffnung 34 fluchtet dabei in der Stapelrichtung 6 zu einer Gewindeöffnung 35, die in der Tragstruktur 33 ausgebildet ist. Ferner ist je Stützelement 5 eine Verschraubung 36 vorgesehen, die eine Schraube 37 umfasst. Ein Schaft 38 der Schraube 37 durchsetzt die Verschraubungsöffnung 34 und ist in die Gewindeöffnung 35 eingeschraubt. Ein Kopf 39 der Schraube 37 ist an einer von der Tragstruktur 33 abgewandten Außenseite der Abdeckplatte 4 entweder direkt oder indirekt über eine hier nicht gezeigte Scheibe abgestützt. Außerdem kann sich der Kopf 39 an der Stirnseite 30 des Endabschnitts 27 des Stützelements 5 abstützen.
-
Die Grundplatte 2, die Kanalplatten 3 und die Abdeckplatte 4 sind bevorzugt aus Leichtmetall bzw. aus einer Leichtmetalllegierung hergestellt. Die Stützelemente 5 sind dagegen bevorzugt aus Eisen bzw. aus einer Eisenlegierung hergestellt.
-
Das Herstellen des Plattenwärmetauschers 1 erfolgt zweckmäßig so, dass zunächst die Stützelemente 5 an der Grundplatte 2 positioniert und quer zur Stapelrichtung 6 festgelegt werden. Im einfachsten Fall werden hierzu die Stützelemente 5 mit ihren Endabschnitten 24 in die Stecköffnungen 25 der Grundplatte 2 eingesteckt. Anschließend werden die Kanalplatten 3 zwischen den Stützelementen 5 auf die Grundplatte 2 gestapelt. Die Kanalplatten 3 sind dabei an vorbestimmten Lötstellen bereits mit Lot versehen. Beim Aufeinanderstapeln der Kanalplatten 3 bilden die Stützelemente 5 eine Führung in der Stapelrichtung 6 und führen dadurch zu einer Positionierung der Kanalplatten 3 quer zur Stapelrichtung 6. Die Stützelemente 5 bewirken somit eine Ausrichtung der einzelnen Kanalplatten 3 zueinander.
-
Anschließend wird die Abdeckplatte 4 auf die gestapelten Kanalplatten 3 aufgesetzt und an den Stützelementen 5 positioniert und quer zur Stapelrichtung 6 festgelegt. Die erfolgt zweckmäßig dadurch, dass die Endabschnitte 27 der Stützelemente 5 in die Stecköffnungen 28 der Abdeckplatte 4 eingesetzt werden.
-
Anschließend liegt der in 3 gezeigte Zustand vor, bei dem ein Spalt 40 in der Stapelrichtung 6 zwischen dem Bund 26 des jeweiligen Stützelements 5 und der Abdeckplatte 4 vorhanden ist. In diesem Fall ist zwischen der Grundplatte 2 und der Abdeckplatte 4 ein in der Stapelrichtung 6 gemessener Abstand 41 vorhanden.
-
Zum Verlöten der einzelnen Platten 2, 3, 4 miteinander wird eine Vorspannkraft 42 in die Abdeckplatte 4 eingeleitet, die parallel zur Stapelrichtung 6 und in Richtung auf die Grundplatte 2 orientiert ist. Bei aufrechterhaltener Vorspannkraft 42 wird nun ein Lötprozess durchgeführt, der die Kanalplatten 3 miteinander und die außenliegenden Kanalplatten 3 mit der Grundplatte 2 bzw. mit der Abdeckplatte 4 verbindet. Die Lötverbindungen zwischen den außenliegenden Kanalplatten 3 und der Grundplatte 2 bzw. der Abdeckplatte 4 erfolgen zumindest im Bereich des Einlasskanals 11 und des Auslasskanals 12, um diesen im Bereich der Grundplatte 2 mit der Einlassöffnung 13 bzw. der Auslassöffnung 14 dicht zu verbinden und im Bereich der Abdeckplatte 4 dicht zu verschließen.
-
Beim Lötprozess schmilzt das Lot, wodurch es sich auf die gesamte vorgesehene Lötstelle flächig verteilen kann. Hierbei nimmt der zuvor genannte Abstand 41 ab, so dass gemäß 4 nach dem Lötprozess zwischen der Grundplatte 2 und der Abdeckplatte 4 ein Abstand 43 herrscht, der um den Spalt 40 kleiner ist als der Abstand 41, der vor dem Lötprozess zwischen der Grundplatte 2 und der Abdeckplatte 4 vorhanden ist. Die Reduzierung dieses Abstands 41 bzw. 43 während des Lötprozesses ist durch die Stützelemente 5 auf einen vorbestimmten Wert, nämlich auf den Wert des Abstands 43 begrenzt. Auf diese Weise kann für sämtliche Lötstellen ein hinreichender Lötspalt gewährleistet werden, der durch das Lot ausgefüllt werden kann.
-
Das Stapeln der Grundplatte 2, der Kanalplatten 3 und der Abdeckplatte 4 erfolgt zweckmäßig in einer hier nicht näher dargestellten Stapelstation, während der Lötprozess zweckmäßig in einer hier ebenfalls nicht dargestellten Lötstation durchgeführt wird. Zum Überführen des Stapels 8 von der Stapelstation in die Lötstation kann eine in 2 dargestellte Halteeinrichtung 44 verwendet werden. Die Halteeinrichtung 44 weist für jedes Stützelement 5 einen Stift 45 auf, der parallel zur Stapelrichtung 6 von einem Grundkörper 46 der Halteeinrichtung 44 absteht. Zum Überführen des Stapels 8 greift der jeweilige Stift 45 in eine in 5 erkennbare Stiftöffnung 47 ein, welche die Grundplatte 2 vollständig und das jeweilige Stützelement 5 zumindest teilweise in der Stapelrichtung 6 durchsetzt. Zweckmäßig ist diese Stiftöffnung 47 durch die Verschraubungsöffnung 34 gebildet.
-
Die Halteeinrichtung 44 besitzt an ihrem Grundkörper 46 Eingriffsbereiche 48, in denen ein Greifarm (nicht gezeigt) eingreifen kann, um die Halteeinrichtung 44 mit dem darauf angeordneten Stapel 8 von der Stapelstation in die Lötstation zu überführen.
-
Zweckmäßig kann der jeweilige Stapel 8 bereits auf der Halteeinrichtung 44 erzeugt werden. Dabei bilden die Stifte 45 eine zusätzliche Stabilisierung für die darauf aufgesteckten Stützelemente 5. Ferner ist es zweckmäßig, den Lötprozess durchzuführen, während der jeweilige Stapel 8 noch von der zugehörigen Halteeinrichtung 44 erfasst 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 90/13394 A1 [0002]
- DE 10393221 T5 [0003]
