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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere einen Ölkühler für Kraftfahrzeuge.
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Derartige Ölkühler werden typischerweise zur Kühlung des Motoröls, beispielsweise in einem Öl/Öl-Kühler oder in einem Öl/Wasser-Kühler, eingesetzt. Wie beispielsweise in der
DE 103 49 141 A1 beschrieben, sind derartige Ölkühler oft als Stapelscheiben-Wärmeüberträger ausgebildet. Hierzu weist der Ölkühler ein Wärmeaustauscherelement auf, das aus einzelnen gestapelten Scheiben aufgebaut ist. Die von einander benachbarten Platten gebildeten Durchgänge definieren die Flusskanäle beider Fluide, nämlich des Wärme abgebenden und des Wärme aufnehmenden Mediums. Zusätzlich können Turbulenzeinlagen oder Lamellen zwischen den gestapelten Scheiben eingelegt sein, die als Wardienen. Die Stapelscheiben sind miteinander verbunden, insbesondere verlötet. Typischerweise sind die Platten aus einem Metall hergestellt, das ein vorappliziertes Flußmittel und Lot enthält, beispielsweise ein Aluminiumlötblech. Ein derartiges Wärmeaustauscherelement kann jedoch auch eine ganz andere Ausgestaltung aufweisen, beispielsweise können Paare individueller Platten zueinander parallel geflanschte Ränder aufweisen, die ebenfalls mittels Löten miteinander verbunden werden, die Platten können gewellte oder noppalierte Form aufweisen oder wie schon genannt Turbulenzeinlagen zwischen einander aufnehmen, sie können darüber hinaus als Stapel auch in einem Gehäuse aufgenommen sein.
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Die oben beschriebenen Stapelscheiben-Wärmeüberträger besitzen an mindestens einem der Enden des Stapels eine Endplatte, die Ein- und Auslässe für Medien aufweist. Neben der Endplatte weisen derartige herkömmliche Ölkühler auch eine Flanschplatte, auch als Montageplatte bezeichnet, oder eine nach außen weisende Grundplatte auf, mit der der Ölkühler an einem Bauelement, beispielsweise an einem Motor oder an einem anderen Bauelement, derart abdichtend befestigt werden kann, dass Kommunikationsmittel für die Fluide hergestellt werden, damit diese zwischen dem Motor oder anderen Teil einerseits und den Ein- und Auslässen des Wärmetauschers transferiert werden können. Diese Flanschplatte wird typischerweise während des Zusammenfügeprozesses des Wärmetauschers auf den Wärmetauscher gelötet, wiederum um abgedichtete Medienflusswege zum Wärmetauscherstapel zu erhalten.
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Weil das Ölversorgungssystem in vielen Verbrennungsmotoren relativ hohe zyklische Druckbelastungen aufweist, oft in Kombination mit Anregungsschwingungsbelastungen, muss der Flansch oder die nach außen weisende Grundplatte sehr starr sein um Biegekräfte am angefügten Wärmetauscherstapel zu minimieren und um eine unversehrte Abdichtung aufrechtzuerhalten. Dies bedingt oft die Verwendung dickwandiger metallischer Flanschplatten, die das Löten aufgrund der Masseunterschiede zwischen der nach außen weisenden Grundplatte und der viel dünnwandigeren Wärmetauscherplatten erschweren. Da elastomere Dichtmaterialien die Löttemperaturen während des Fügens des Wärmetauschers nicht überstehen, ist ebenso bei der nachfolgenden Montage der Flanschplatte an den Motor oder ein anderes aufnehmendes Teil die Verwendung separat aufgebrachter Dichtkomponenten notwendig.
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Ein derartiger herkömmlicher Ölkühler benötigt also eine aufwändige Abdichtung, um das Medium beim Übergang zwischen zuführenden Leitungen und dem Ölkühler, insbesondere seiner Endplatte, mediendicht zu führen. Dies führt zu einer sehr komplexen Bauform, die viele Einzelteile benötigt und in der Montage aufwändig ist. Obendrein ist die Verwendung dickwandiger metallischer Flanschplatten vom Material her teuer und verkompliziert den Lötprozess des Wärmetauschers signifikant.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Wärmetauscher zur Verfügung zu stellen, der einfach und kostengünstig herzustellen und auf einfachere Weise, also zu geringeren Kosten und weniger kompliziert, zu montieren ist.
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Diese Aufgabe wird durch den Wärmetauscher gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Wärmetauschers werden in den abhängigen Ansprüchen gegeben.
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Der erfindungsgemäße Wärmetauscher weist ein Wärmeaustauscherelement auf, in dem Wärme zwischen zwei oder drei Medien unterschiedlicher Temperatur, insbesondere zwischen Öl und Öl oder zwischen Öl und Wasser, und im Besonderen zwischen Motoröl und Wasser-Glykol basierten Motorkühlmitteln ausgetauscht wird. Das Wärmeaustauscherelement weist mindestens eine erste Endplatte auf, die Öffnungen zum Einleiten und Ausleiten mindestens eines der fluiden Medien in das oder aus dem Wärmeaustauscherelement aufweist. Zumindest eine, mehrere oder alle der Öffnungen sind mit einem Fluidanschluss oder Stutzen versehen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung besitzt das Wärmeaustauscherelement auch auf der der ersten Endplatte entgegengesetzten Seite eine zweite Endplatte, die ebenfalls Öffnungen zum Einleiten oder Ausleiten eines Fluides in das oder aus dem Wärmeaustauscherelement aufweist. Diese Öffnungen können ebenfalls mit Stutzen versehen sein. Die zweite Endplatte kann generell auf dieselbe Weise ausgestaltet sein wie die erste Endplatte.
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Benachbart zu der ersten Endplatte ist eine erste Dichtungsträgerplatte angeordnet, die entsprechend den Öffnungen in der ersten Endplatte ebenfalls Durchgangsöffnungen aufweist. Diese Durchgangsöffnungen erlauben die Einführung oder Durchführung des mindestens einen Stutzens der ersten Endplatte in der oder durch die erste Endplatte hindurch. Die Dichtungsträgerplatte wird also derart auf die erste Endplatte aufgebracht, dass ihre ersten Durchgangsöffnungen die Stutzen der ersten Endplatte aufnehmen.
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Zwischen der ersten Endplatte und der ersten Dichtungsträgerplatte ist mindestens ein erstes Dichtelement angeordnet. Das erste Dichtelement umgibt den Rand der Durchgangsöffnung selbst oder einer Durchgangsöffnung, die einen Stutzen aufnimmt und dichtet die Durchgangsöffnung zwischen der ersten Endplatte und der ersten Dichtungsträgerplatte ab. Auf der Außenseite der Dichtungsträgerplatte ist ein weiteres Dichtelement angeordnet, das ebenfalls die Durchgangsöffnung bzw. deren auf der Außenseite befindlichen Umfangsrand vollständig umgibt bzw. umläuft. Mittels dieses zweiten Dichtelementes wird die jeweilige Durchgangsöffnung zwischen dem Wärmetauscher und einem Bauelement, an dem der Wärmetauscher angebracht wird, abgedichtet.
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Vorteilhafterweise sind die Dichtelemente an die Dichtungsträgerplatte angespritzt oder in Rücksprünge oder Nuten in der Dichtungsträgerplatte aufgenommen. Das Anspritzen des Elastomers oder optional des profilierten Dichtelements erfolgt üblicherweise mittels Kunstharzpressen, Extrusion oder Flüssigspritzgießen. Typische Materialien, die in diesen Prozessen verwendet werden sind Fluorpolymere (z. B. FPM, PFA und/oder MFA), NBR-Kautschuk (z. B. Acry-Butadien-Kautschuk), EPDM (Ethylen-Propylen-Kautschuk), ACM (Polyacrylat) oder EAM (Ethylenacrylat).
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der Stutzen der ersten Endplatte in seinem Endbereich nach Fügung mit der Trägerplatte an demjenigen Ende des Stutzens, das von der Dichtungsträgerplatte aus nach außen weist, aufgewölbt oder aufgeweitet, um die erste Endplatte mit der Trägerplatte zu verbinden.
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Die erfindungsgemäße Dichtungsträgerplatte und der erfindungsgemäße Wärmetauscher ermöglichen es, dass die Kräfte, die einen Druck auf das erste und das zweite Dichtelement ausüben, in axialer Richtung wirken, d. h. in Durchflussrichtung des Stutzens bzw. senkrecht zur Ebene der Kontaktfläche zwischen Endplatte und Dichtungsträgerplatte, also rechtwinklig zur Kontaktfläche zwischen der Endplatte und der Dichtungsträgerplatte. Dies sorgt für die Abdichtung der Dichtungsträgerplatte und der Endplatte des Wärmetauschers. Die Kraftrichtung ermöglicht eine Abdichtung der Dichtungsträgerplatte, der Endplatte und des gesamten Wärmetauschers. Diese erfindungsgemäße Abdichtvorrichtung ist besonders zuverlässig und sicher und gleichzeitig einfach zu realisieren.
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Wie bereits oben erwähnt, kann auch die der ersten Endplatte gegenüber liegende Seite des Wärmeaustauscherelementes in ähnlicher Weise ausgestaltet sein.
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Jede der Dichtungsträgerplatten kann zugleich Befestigungselemente, insbesondere Öffnungen zum Befestigen der Dichtungsträgerplatte auf einem Bauteil aufweisen, beispielsweise mittels Schrauben oder Bolzen. Diese Öffnungen oder Löcher können beispielsweise in einem seitlichen Überstand der Dichtungsträgerplatte über die Endplatte angeordnet sein, wodurch sie für den Zusammenbau leicht zugänglich sind.
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Weiter kann im Fall dass der Wärmetauschers mit Gehäuse ausgelegt ist, die Montage zwischen der Dichtungsträgerplatte und dem Gehäuse auch durch eine Öffnung in der Dichtungsträgerplatte realisiert werden, die über das äußere Ende des Stapels hinausragt aber an das Gehäuse angrenzt. Hierzu kann das Gehäuse selbst auch einen verbreiterten Endrahmen aufweisen, der diese Befestigung erleichtert.
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Wie bereits erwähnt, sind vorteilhafterweise einer, mehrere oder alle Stutzen auf der Außenseite der Dichtungsträgerplatte aufgeweitet. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der äußere Rand des Stutzens nach außen um einen Winkel α umgebogen oder umgefalzt wird. Besonders vorteilhaft sind Umfalzwinkel zwischen 30° und 160°, vorzugsweise 30° und 120°, je einschließlich bzw. ausschließlich.
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Wenn ein besonders breiter Endbereich des Stutzens umgefalzt wird, kann dieser umgefalzte Abschnitt das im Bereich der Außenoberfläche der Dichtungsträgerplatte angeordnete zweite Dichtelement zumindest bereichsweise überdecken. Ein Biegen oder Umfalzen des Stutzens ist besonders leicht möglich, wenn dieser Stutzen vom Ende her zumindest bereichsweise geschlitzt ist. Beim Umfalzen werden hierdurch Laschen erzeugt, die beispielsweise auf dem Dichtelement aufliegen oder an diesen anliegen und durch diese Wechselwirkung eine axiale Abdichtung erzeugen.
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Alternativ kann das Ende des Stutzens auch zackenförmig als sägezahnförmiger Rand gestaltet sein und diese Zacken zur Verbindung ähnlich einem Kronkorken umgefalzt werden.
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Der Stutzen kann weiterhin zusätzliche Funktionen vorsehen, wie die Integration eines Fluid-Massenstromsensors, der eine Regelung des Fluidstroms im Wärmetauscher zulässt.
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Die Dichtungsträgerplatte kann vorteilhafterweise aus einem Kunststoff bestehen, so dass hierdurch das gesamte Gewicht des Wärmetauschers gegenüber Wärmetauschern aus dem Stand der Technik, die üblicherweise eine metallische Flanschplatte und weitere Dichtelemente aufweisen, stark verringert ist. Neben den gewichtsbezogenen Vorteilen bieten Polymermaterialien eine große Vielfalt von Vorteilen im Hinblick auf die Designfreiheit. Verglichen mit metallischen Flanschplatten ermöglichen Kunststoffplatten Auslegungen mit Rippen für eine mechanische Verstärkung, mit Domen oder Rahmen für die Befestigung oder die Aufnahme von Teilen, an denen sie befestigt werden sollen einschließlich der Endplatte des Stapels, Variationen in der Dicke, Integration von Verstärkungselementen und dergleichen. Darüber hinaus ist die Haftung von beispielsweise aufgespritzten Dichtelementen auf Kunststoffflanschplatten beträchtlich besser als auf metallischen Flanschplatten. Wenn Kunststoffflanschplatten verwendet werden, ist es sogar möglich derartige Dichtelemente ohne weitere Vorbehandlung aufzubringen, also ohne die Notwendigkeit eines Primerauftrags oder dergleichen.
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Unter den Kunststoffwerkstoffen sind Thermoplaste gegenüber Duroplasten vorteilhaft, da sie Herstellung mittels Spritzguss erlauben. Besonders bevorzugt ist dabei Polyamid, insbesondere faserverstärktes Polyamid, insbesondere Polyamid 6 und Polyamid 6.6.
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Ebenso ist es möglich, dass die Dichtungsträgerplatte aus einem metallischen Werkstoff besteht, beispielsweise aus einer Aluminium- oder Stahlplatte. Obwohl der Gewichtsvorteil in diesem Fall geringer ausfällt, ermöglichen die verbesserten Befestigungseigenschaften und die integrierten Dichtungen die Befestigung am Wärmetauscher nach dem Löten auf dieselbe Art wie bei der Kunststoffträgerplatte. Es verbleibt also ein Vorteil im Hinblick auf ein vereinfachtes Löten des Wärmetauschers, es wird beispielsweise eine kürzere Verweildauer im Lötofen ermöglicht. Ebenso können druckgegossene Metalle einschließlich Aluminium, Zink oder Magnesium verwendet werden um einen Teil des Gitters oder der Rippenverstärkung, die hier schon im Zusammenhang mit Kunststoffmaterialien beschrieben wurden, um Gewichtsnachteile zu minimieren.
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In einer weiteren vorteilhaften Variante sind einige oder alle Durchgangsöffnungen der Dichtungsträgerplatte mit Metallhülsen, beispielsweise Stahl-, Messing- oder Aluminiumhülsen, verstärkt.
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In einer vorteilhaften alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Dichtungsträgerplatte aus Kunststoffmaterial hergestellt, enthält aber metallische Einsätze. Sie enthalten die eigentlichen Durchgangsöffnungen für die Stutzen. Diese metallischen Einsätze sind vorzugsweise aus Metallblech ausgestanzt, insbesondere aus Stahlblech oder Aluminiumblech, und dienen als Träger der eigentlichen Dichtungen, die vorzugsweise auf beide Oberflächen des metallischen Einsatzes aufgespritzt sind oder an die Ränder des metallischen Einsatzes angespritzt sind. Die Einsätze werden während des Spritzprozesses der Dichtungsträgerplatte in die Dichtungsträgerplatte integriert, was bedeutet, dass die Enden der Einsätze vom Material der Dichtungsträgerplatte bedeckt sind. In bevorzugten Ausführungsformen ist die Dicke der metallischen Einsätze deshalb geringer als die Dicke der Kunststoffträgerplatte, die umgekehrt geringer ist als die Dicke des Einsatzes in den Bereichen an denen die Dichtungen angespritzt sind. Dies ermöglicht auch Auslegungen, in denen die Höhe der Dichtungen an die Dicke der Dichtungsträgerplatte angepasst ist, so dass die Dichtungsträgerplatte als Verpressungsbegrenzer für die Dichtungen wirken kann, der sie vor übermäßiger Verpressung und Ermüdung schützt.
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Darüberhinaus erlaubt die Verwendung metallischer Einsätze eine weitergehende Standardisierung und modulare Designs durch Auswahl der Einsätze aus einer Kollektion von Standardeinsätzen. Diese Standardeinsätze können dann in Dichtungsträgerplatten verschiedenster Geometrien und Größen eingesetzt werden.
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Die Dichtungsträgerplatte selbst kann weiter ohne Einbußen hinsichtlich ihrer strukturellen Steifigkeit im Gewicht reduziert werden, wenn sie in ihrer Lagenebene Ausnehmungen aufweist oder wenn in diesen Ausnehmungen Versteifungsrippen oder Gitterstege vorgesehen sind. Bei geeigneter Anordnung der Gitterstege kann damit ein hohes Niveau an Struktursteife erreicht werden und gleichzeitig eine signifikante Reduktion des Materials.
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In der Dichtungsträgerplatte können weiterhin Aussparungen bzw. Durchbrüche, insbesondere Schlitze, vorgesehen sein, die die Laschen, die auf der Endplatte angeordnet sind, in komplementärer Weise aufnehmen, so dass sie als Befestigungsmittel zwischen der Trägerplatte und dem Wärmetauscher dienen. Nach Zusammenführung ragen die Enden dieser Laschen über die gegenüberliegende Oberfläche der Dichtungsträgerplatte hinaus und können dann umgebördelt werden um eine mechanisch-schlüssige Befestigung zu erzielen. Auf diese Weise sorgen sie für eine dauerhafte form- und/oder kraftschlüssige Halterung der Dichtungsträgerplatte auf der Endplatte. Es ist jedoch auch möglich ohne solche weiteren Befestigungsmittel auszukommen.
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Im Folgenden werden einige Beispiele erfindungsgemäßer Wärmetauscher vorgestellt. Dabei werden in sämtlichen Beispielen für gleiche oder ähnliche Bauelemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, und deren Beschreibung daher nicht im Kontext jedes Beispiels wiederholt. Es soll betont werden, dass jedes dieser Beispiele eine Vielzahl von einzelnen Elementen und Merkmalen der vorliegenden Erfindung zeigt, die als solche jeweils auch ohne Zusammenhang mit den sonstigen Merkmalen des jeweiligen Beispiels zur vorteilhaften Weiterbildung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers realisiert werden können. Insofern werden im Folgenden nicht nur Kombinationen derartiger Merkmale dargestellt, sondern jedes der im Folgenden beschriebenen Merkmale kann auch getrennt und unabhängig von den sonstigen Merkmalen des jeweiligen Beispiels betrachtet werden.
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Es zeigen
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1 bis 14 Beispiele erfindungsgemäßer Wärmetauscher.
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1 zeigt einen Stapelscheiben-Wärmetauscher bzw. Stapelscheiben-Wärmeüberträger 1. Dieser weist eine Vielzahl von Stapelscheiben 10a, 10b, 10c und weitere Stapelscheiben auf, die übereinander angeordnet und miteinander längs ihres Umfangsrandes verlötet sind. Während des Lötens wird die Innenseite einer Stapelscheibe mit der Außenseite der benachbarten Stapelscheibe über zwischengelagerte Turbulenzplatten, Lamellen oder andere Vergrößerungseinrichtungen verbunden. Die Stapelscheiben sind beispielsweise im Bereich ihres Umfangsrand derart strukturiert, dass sie Strömungswege für zwei Fluide, nämlich das zu kühlende Fluid und das zu erwärmende Fluid, zwischen alternierenden Plattenpaaren definieren.
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Der Stapel aus Stapelscheiben 10a, 10b, 10c, etc., ist auf einer Seite mittels einer unteren Endplatte 2 und auf der gegenüber liegenden Seite mittels einer oberen Endplatte 4 abgeschlossen.
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Die untere Endplatte 2 weist eine flächige Grundplatte 20 auf, die insgesamt vier Öffnungen aufweist, die mit nach unten herausragenden Stutzen 21a, 21b, 21c und 21d versehen und von diesen umgeben sind. Zwei dieser Öffnungen dienen der Einleitung des zu kühlenden Fluides sowie des zu erwärmenden Fluides während zwei weitere Öffnungen der Ausleitung der beiden Fluide dienen. Die Anordnung der einzelnen Öffnungen und Stutzen 21a bis 21d ist dabei durch die Gestaltung der Strömungswege im Inneren der Stapelscheiben 10a, 10b, 10c, etc., bedingt.
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Die Grundplatte 20 besteht aus einem metallischen Material, beispielsweise einem Blech, wobei die Stutzen 21a bis 21d aus dem Blechmaterial – beispielsweise mittels Tiefziehens – integral herausgeformt sind. In gleicher Weise sind aus dem Material der Grundplatte 20 Laschen 22a bis 22d, 22b', 22b'', 22b''', 22d' sowie 22d'' ausgeformt. Diese Laschen dienen, wie später erläutert wird, der zusätzlichen Fixierung einer Dichtungsträgerplatte 3 auf der Endplatte 2.
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Der aus Stapelscheiben aufgebaute Stapel eines erfindungsgemäßen Stapelscheibenwärmetauschers hat typischerweise eine Breite von 50 bis 150 mm, eine Länge von 70 bis 300 mm und eine Höhe von 20 bis 150 mm und eine Dichtungsträgerplatte mit einer Breite von 80 bis 200 mm, einer Länge von 100 bis 300 mm und einer Höhe von 5 bis 15 mm. Typische Dimensionen sind für den Kühlerstapel 70 × 110 × 50 mm und für die Dichtungsträgerplatte 110 × 150 × 7 mm, oder für den Kühlerstapel 70 × 140 × 50 mm und die Dichtungsträgerplatte 100 × 160 × 7 mm oder – insbesondere zur Anwendung in Nutzfahrzeugen, wie Lastkraftwagen, für den Kühlerstapel 110 × 200 × 105 mm und für die Dichtungsträgerplatte 160 × 250 × 10 mm.
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In 1 ist in Form einer Explosionsdarstellung, die dem noch nicht gefügten Zustand des Wärmetauschers entspricht, zusätzlich eine Dichtungsträgerplatte 3 aus Kunststoff gezeigt, wie sie sich in Untersicht darstellt. Diese Dichtungsträgerplatte 3 weist eine Grundplatte 30 auf. Diese Grundplatte 30 ist mit einem umlaufenden Rand 31 versehen. Die Grundplatte besitzt Durchgangsöffnungen 32a bis 32d, die den Öffnungen und den Stutzen 21a bis 21d in der Endplatte 2 entsprechend positioniert sind. Jede der Öffnungen 32a bis 32d ist von einer um die Öffnungen 32a bis 32d umlaufenden angespritzten Elastomerdichtung 35a bis 35d umgeben. Weiterhin weist die Endplatte Durchbrechungen in Form von Schlitzen 33a bis 33d auf, die korrespondierend zu den Laschen 22a bis 22d, 22b', 22b'', 22b''', 22d' sowie 22d'' angeordnet sind. Die Durchbrechung 33a ist geeignet zur Aufnahme der Lasche 22a, die nach Durchführung durch diesen Schlitz 33a umgefalzt werden kann. Der Schlitz 33b ist in seiner Position und Größe vergleichbar zur Aufnahme der Laschen 22b, 22b', 22b'' und 22b''' ausgebildet. Auch diese Laschen können nach Durchführung durch den Schlitz 33b umgefalzt werden. Der Schlitz 33c ist zur Aufnahme der Lasche 22c geeignet, während der Schlitz 33d zur Aufnahme der Laschen 22d, 22d', 22d'' ausgebildet ist. Diese Laschen werden nach Aufbringen der Dichtungsträgerplatte 3 auf die Endplatte 2 umgefalzt und sorgen so für eine sichere formschlüssige Verbindung der Dichtungsträgerplatte 3 auf der Endplatte 2. Da die Endplatte 2 auf den Wärmetauscher gelötet ist, ist auf diese Weise der gesamte Wärmetauscherstapel mechanisch an der Dichtungsträgerplatte 3 befestigt.
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Die Dichtungsträgerplatte 3 ist in bestimmten Bereichen so dimensioniert, dass sie über den Umfangsrand der Endplatte 2 übersteht. In diesen Bereichen sind Bohrungen bzw. Durchbrechungen 34 angeordnet, durch die Schrauben geführt werden können, um die Dichtungsträgerplatte 3 an einem anderen Bauelement zu befestigen. Auf diese Weise kann der erfindungsgemäße Wärmetauscher 1 an diesem weiteren Bauelement befestigt werden.
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2 zeigt nun denselben Wärmetauscher, wobei hier jedoch die perspektivische Ansicht gewechselt wurde. In der Ansicht der 2 kann nun auf die zweite Endplatte 4 des Wärmetauschers gesehen werden, die hier als Abschlussplatte 40 ohne Öffnungen ausgebildet ist.
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Die Aufsicht auf die dem Wärmetauscherstapel zugewandte Oberfläche der Dichtungsträgerplatte 3 zeigt, dass diese zur Gewichtsersparnis verrippt ist. Sie weist folglich innere Rippen bzw. Stege 37 auf, zwischen denen kein Material vorhanden ist. Dennoch besitzt die Dichtungsträgerplatte 3 auf der in 1 dargestellten Seite eine geschlossene Oberfläche, die lediglich durch die Öffnungen 32a bis 32d sowie die Schlitze 33a bis 33d und die Schraubenlöcher 34 durchbrochen ist.
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Auf der dem Wärmetauscherstapel und der Endplatte 2 zugewandten Seite der Dichtungsträgerplatte 3 in 2 sind die Durchflussöffnungen 32a bis 32d von Ringdichtungen 36a bis 36d umgeben, die in entsprechend vorgeformten Nuten in der Adapterplatte 3 angeordnet sind.
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3 zeigt einen ähnlichen Wärmetauscher 1 wie die 1 und 2. Im Unterschied zu dem Wärmetauscher der 1 und 2 sind die untere Endplatte 2 und die Dichtungsträgerplatte nur mit zwei Durchflussöffnungen versehen, während die obere Endplatte 4 so ausgeführt ist, dass zwei Stutzen 61a, 61b über deren geschlossene Fläche 40 überstehen und so die Zu- und Ableitung der wärmetauschenden Fluide bewerkstelligen. Weitere erforderliche Zu- und Ableitungen der wärmeübertragenden Fluide werden durch die Öffnungen 32a und 32c in der unteren Dichtungsträgerplatte 3 ermöglicht. Die Dichtungsträgerplatte 3 ist hier als massive Platte ohne Stege 37 ausgeführt. In einer alternativen Ausführungsform erfolgt die Befestigung der Dichtungsträgerplatte über ein Aufwölben, Verpressen oder Aufweiten der Stutzen, so dass eine Befestigung ohne Laschen 22 und Schlitzöffnungen 33 möglich ist. Die Ausbildung der Endplatte 2 sowie der Dichtungsträgerplatte 3 entspricht ansonsten derjenigen, die in 1 gezeigt ist.
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4 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus der Dichtungsträgerplatte 3 der 1 bis 3, insbesondere ein Ausschnitt um die Durchgangsöffnung 32c. Die hier gezeigte Ansicht entspricht einer umgekehrten Ansicht aus 1.
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In 4 ist zu erkennen, dass das obere Ende der Durchgangsöffnung 32 der Grundplatte 30 und insbesondere bei seinem Übergang von der Durchgangsöffnung 32 zu der Oberfläche der Platte 30, die vom Plattenstapel wegweist, angefast ist. Diese Fase 38c dient, wie später erläutert, der Verklammerung des Stutzens 21c mit der Dichtungsträgerplatte 3.
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5 zeigt einen Ausschnitt aus einer Dichtungsträgerplatte 3 gemäß einer alternativen Ausführungsform, vergleichbar dem Bereich um die Durchgangsöffnung 32d in 1. Hier ist in die Durchgangsöffnung 32d eine Metallhülse 5 eingesetzt. Diese Metallhülse 5 weist eine Wandung 50 auf, die die Durchgangsöffnung 32d auskleidet. Auf der dem Scheibenstapel abgewandten Oberfläche der Grundplatte 30 der Dichtungsträgerplatte 3 besitzt die Hülse 5 einen Bördel 52, der auf dieser Grundplattenoberfläche aufliegt. Zwischen der Innenwandoberfläche der Hülse 5 und dem Bördel 52 ist eine Schrägung 51 vorgesehen. Diese Schrägung entspricht in ihrer Funktion der Fase oder dem angeschrägten Rand 38c an der Durchgangsöffnung 32c, die in 4 dargestellt ist. Insgesamt wird dadurch bewirkt, dass die Hülse 5 in der Öffnung 32d fest verankert ist.
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6-a zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers 1. Hier ist der Plattenstapel in einem Gehäuse 41 angeordnet, der nur auf einer Seite offen ist, nämlich der Seite, die zur Dichtungsträgerplatte 3 weist. Die Dichtungsträgerplatte 3 entspricht im Wesentlichen der Dichtungsträgerplatte, die in 1 und 2 dargestellt ist, so dass die meisten Bezugszeichen in 6 nicht wiederholt werden. Die Dichtungsträgerplatte 3 enthält zusätzlich Vorsprünge oder Laschen 39a bis 39d, die es erlauben, die Dichtungsträgerplatte an dem Gehäuse zu befestigen. Das Gehäuse 41 enthält an seiner offenen Seite einen umlaufenden Kragen 43, der auch als Flansch betrachtet werden kann. In diesem Kragen sind vier Ausnehmungen, von denen nur die Ausnehmungen 42a und 42d hier sichtbar sind, vorgesehen, die die Vorsprünge 39a (in Ausnehmung 42a), 39b, 39c und 39d (in Ausnehmung 42d) der Dichtungsträgerplatte 3 aufnehmen. Die Vorsprünge 39a, 39b, 39c und/oder 39d können mit Schlitzen 44 oder gezackten Haken 45 versehen sein, um eine verliersichere aber reversible Befestigung der Dichtungsträgerplatte 3 am Gehäuse 41 zu ermöglichen, wie in 6-b sichtbar. Zudem kann die Dichtungsträgerplatte 3 über die Befestigungslöcher 34 (nur eines der Befestigungslöcher ist in 6-a mit einem Bezugszeichen versehen), die im Bereich der Dichtungsträgerplatte 3 vorgesehen sind, der über den Außenrand des Gehäuses 41 hinausragt, mit einem anderen Teil verbunden werden. Das Gehäuse 41 kann beispielsweise aus einem Metallblech tiefgezogen sein.
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7 zeigt eine Aufsicht auf die Unterseite eines voll montierten Wärmetauschers 1.
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In den Durchgangsöffnungen 32a bis 32d sind die Stutzen 21a bis 21d angeordnet. Die Enden der Stutzen, die von der Platte wegweisen sind radial nach außen aufgeweitet oder liegen an der Wand der Öffnung an, um die Wärmetauschervorrichtung 1 an der Dichtungsträgerplatte zu befestigen. Das Aufwölben oder Aufweiten zwingt das Stutzenmaterial gegen die angefasten Enden der Öffnungen 21a bis 21d, wobei besagte angefaste Enden mit Bezugszeichen 38a bis 38d bezeichnet sind. Durch diese Verklammerung der Dichtungsträgerplatte 3 über die aufgeweiteten Stutzen 21a bis 21d mit der Endplatte 2 wird eine axiale Kraft – eine Kraft in Richtung parallel zur Durchgangsachse der Durchgangsöffnungen 21a bis 21d bzw. eine Kraft senkrecht zur Kontaktebene zwischen der Endplatte 2 und der Dichtungsträgerplatte 3 – auf die Dichtungsträgerplatte 3 ausgeübt, so dass eine axiale Abdichtung der zueinander passenden Platten 2 und 3 über die Dichtungen 36a bis 36d erfolgt.
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Weiterhin weisen die Schlitze 33a bis 33d innerhalb der Seitenwände ihrer Durchgangsöffnungen einen seitlichen Absatz auf. Bei der in 6 dargestellten montierten Dichtungsträgerplatte 3 sind die Laschen 22a bis 22b, 22b', 22b'' sowie 22b''', 22d' und 22d'' in die Öffnungen 33a bis 33d eingeführt und anschließend über den jeweiligen genannten seitlichen Absatz umgefalzt. Hierdurch wird eine formschlüssige Verklammerung der Endplatte 2 mit der Dichtungsträgerplatte 3 bewirkt, wobei im Gegensatz zu den vorhergehenden Ausführungsformen die Laschen nicht über die Oberfläche der Dichtungsträgerplatte 3 überstehen.
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8 zeigt denselben Wärmetauscher 1 wie in 7, jedoch nunmehr in Aufsicht auf die obere Endplatte 4. Die Dichtungsträgerplatte ist nunmehr auf der verrippten Seite mit den sichtbaren Rippen 37 dargestellt. Die Dichtungsträgerplatte ragt über die Endplatte 2 seitlich hinaus, um Befestigungslöcher 34 aufzunehmen. Diese Befestigungslöcher 34 werden zur Befestigung der Dichtungsträgerplatte 3 und damit des gesamten Wärmetauschers 1 an einem Motor oder einem weiteren Bauteil verwendet, beispielsweise mittels Bolzen.
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9 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen Wärmetauscher 1, der grundsätzlich in gleicher Weise aufgebaut ist wie die Wärmetauscher, die in den 1 bis 8 dargestellt sind.
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Im Unterschied zu diesen Wärmetauschern sind nunmehr die Stutzen 21a bis 21d geschlitzt. Das heißt, dass die äußeren Enden diese Enden geschlitzte Seitenwände haben, die es erleichtern, den Stutzen auf die Dichtungsträgerplatte zu pressen. Die Schlitze, die teilweise mit den Bezugszeichen 24 versehen sind, erstrecken sich über eine vorbestimmte Länge vom Ende des Stutzens in Richtung der Grundplatte 20 der Endplatte 2. Die Schlitze können sich in ihrer Länge bis zur Oberfläche der Grundplatte 20 erstrecken. Es ist jedoch auch möglich, kürzere Schlitze 24 vorzusehen, die lediglich dem Endbereich der Stutzen 21a bis 21d entsprechen. Zwischen den Schlitzen 24 bilden sich einzelne sich aus der Grundplatte 20 erhebende Elemente. Für jeden der Stutzen 21a bis 21d wurde jeweils eines dieser verbleibenden individuellen Elemente mit dem Bezugszeichen 23a, 23b, 23c bzw. 23d bezeichnet. Die Abdichtung von Fluiden durch die Dichtungsträgerlage erfolgt über die Dichtelemente 35. Dies ermöglicht eine Optimierung der Stutzen und Schlitze lediglich für Befestigungszwecke und ohne die Notwendigkeit, Dichtaspekte zu berücksichtigen.
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Die Stutzen 21a bis 21d können nach Einführung in die Durchgangsöffnungen 32a bis 32d in besonders einfacher Weise an ihrem jeweiligen freien Ende aufgebogen und so mit der Dichtungsträgerplatte 3 verklammert werden.
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10 zeigt eine Draufsicht auf eine Durchgangsöffnung, die die Durchgangsöffnungen 32a bis 32d repräsentiert und hier als Durchgangsöffnung 32 bezeichnet ist. Entsprechend ist das Dichtelement, das diese Durchgangsöffnung umgibt, als Dichtelement 35 bezeichnet. Dieses Dichtelement repräsentiert die Dichtelemente 35a bis 35d, wie sie in 9 dargestellt sind. Entsprechende Bezugszeichen werden in den folgenden Beschreibungen für alle Elemente verwendet.
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10 zeigt eine Draufsicht auf eine Durchgangsöffnung 32 nach Aufweitung des Stutzens, auf der Oberfläche der Dichtungsträgerplatte 3, die von der Endplatte 2 wegweist. In dieser Ansicht sind die umgefalzten Laschen des geschlitzten Seitenwandstutzens 21 sichtbar. Diese einzelnen Laschen werden mit Bezugszahlen 23, 23' und 23'' bezeichnet. Der Stutzen ist den geschlitzten Stutzen 21a bis 21d, die in 9 dargestellt sind, vergleichbar.
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In 11 ist ein Querschnitt durch die Dichtungsträgerplatte 3, nach Zusammensetzung und Umfalten der Laschen 22, durch die Schlitzöffungen 33, gezeigt. Hier ist eine schlitzartige Öffnung 33, stellvertretend für die schlitzartigen Öffnungen 33a bis 33d sämtlicher vorhergehender Figuren, dargestellt. Diese geschlitzte Öffnung 33 enthält eine zurückspringende, gestufte Struktur, so dass ihre nach außen weisende Öffnungsbreite 53 ungefähr der Länge des umgefalzten Abschnitts der Lasche 22 entspricht, wobei die Lasche selbst ein flacher Fortsatz der Endplatte 2 ist, wie zuvor beschrieben. Die gestufte Struktur enthält ein gewölbtes oder konvexes Formelement 54, wie in dieser Figur gezeigt, so dass die zurückspringende Öffnung 53 und das gewölbte Element 54 als ein Vorsprung oder eine Aufnahme dienen, um das umgefalzte Ende der Lasche 22 während des Zusammenfügens der Endplatte 2 mit der Dichtungsträgerplatte 3, aufzunehmen. Das bedeutet, während des Befestigens der Dichtungsträgerplatte 3 auf der Endplatte 2, werden die Laschen 22 zuerst durch die geschlitzten Öffnungen 33 hindurchgeführt und dann auf und gegen die gewölbte Oberfläche gebogen. Daraus ergibt sich eine klemmende Verbindung zwischen den Laschen 22 und der Grundplatte 30, bei der die erzielte Verbindung unter die Oberfläche der Dichtungsträgerplatte 3 versenkt ist.
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12 zeigt beispielhaft die Ausgestaltung einer Durchgangsöffnung 32 stellvertretend für sämtliche in den bisherigen Figuren dargestellten Durchgangsöffnungen. In der Öffnung der Grundplatte 30 der Dichtungsträgerplatte 3 ist eine Hülse 5 angeordnet, die sich entlang der achsialen Länge dieser Öffnung erstreckt, beginnend von ihrem der Endplatte zugewandten Ende und endend bei einem vorbestimmten Abstand ein wenig unterhalb der Oberfläche der Grundplatte 30, die von der Endplatte 2 wegweist. In diese Hülse ist ein Stutzen 21 eingeschoben, so dass die Grundplatte 30 auf der Endplatte 2 aufliegt. Der Stutzen 21 ist nun wie hier dargestellt oberhalb des oberen Endes der Hülse 5 aufgeweitet und umgebördelt, so dass er form- und kraftschlüssig auf der Hülse 5 aufliegt. Die relativen Höhen von Hülse 5 und Stutzen 21 sind derart, dass diejenige Oberfläche der Grundplatte, die von der Endplatte 2 wegweist, oberhalb der Oberfläche des Stutzens 21 liegt, wenn das Ende des Stutzens in vollem Maße aufgeweitet ist. In dem Zwischenraum zwischen der Oberfläche der Grundplatte und dem gerade beschriebenen Ende des aufgeweiteten Stutzens ist eine Ringdichtung 55 eingelegt, die zwischen der Grundplatte 30 und dem Stutzen 21 abdichtet. Durch geeignete Wahl der Bauhöhe der Ringdichtung 55 ist es auch möglich, eine fluiddichte Abdichtung zu demjenigen Bauteil herzustellen, an dem die Dichtungsträgerplatte 3 befestigt wird, z. B. wenn die Trägerlage an das passende Bauteil angeschraubt wird.
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12 demonstriert, dass das Ringdichtelement 55 nicht notwendigerweise auf der Oberfläche der Grundplatte 30 angeordnet sein muss. Eine Anordnung lediglich benachbart zu dieser Oberfläche ist, wie hier dargestellt, auch möglich. Dabei umgibt die Ringdichtung 55 den Umfangsrand der Öffnung 32 in der Grundplatte 30 vollständig. Während in den 1 bis 11 der Umfangsrand der Öffnung 32 außerhalb des Umfangsrandes von einer Dichtung außerhalb dieses Umfangsrands umgeben ist, ist die Dichtung in 12 innerhalb des Umfangsrandes. Dennoch ist die Dichtfunktion längs des Umfangsrandes der Grundplatte 30 in beiden Fällen gewährleistet.
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13 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Durchgangsöffnung 32 nachdem der Stutzen gefügt und aufgeweitet wurde. In diese Durchgangsöffnung 32 ist in 13 wiederum eine Hülse eingebracht, die an ihrem oberen Ende eine Fase 38 aufweist. Auch hier ist der Stutzen 21 an seinem oberen von der Endplatte 2 abgewandten Ende abgekantet und umgebördelt. Er ist dabei gegen die Oberflächenkontur der Hülse 5 verpresst und folgt dieser, insbesondere der Fase 38. In diesem Fall ist das obere Ende des Stutzens in 13 bündig mit der Oberfläche der Grundplatte 30, die von der Endplatte wegweist. Da in dieser Ausführungsform oberhalb des Stutzens 21 kein Bauraum für die Aufnahme einer Dichtung 55 verbleibt, wird die biegbare Länge des Stutzens 21 derart reguliert, dass ein Freiraum zwischen dem äußeren Ende des Stutzens und der Durchgangsöffnung 32 der Endplatte verbleibt, in die eine Ringdichtung 55 vorplatziert wurde. Auf diese Weise wird das Dichtelement auch an dieser Stelle verankert und wiederum kann die Dicke vorbestimmt werden, um eine verlässliche Abdichtung zwischen der Trägerplatte 30 und dem Teil, an dem die Trägerplatte befestigt ist, vorzusehen.
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14 zeigt in drei Teilfiguren – einer Draufsicht in 14-a und zwei Schnittdarstellungen in 14-b und 14-c – eine weitere Ausführungsform der Dichtungsträgerplatte 3. Hier enthält sie metallische Einsätze 70a, 70b, 70b' und 70c, die Durchgangsöffnungen 32a, 32b, 32b' und 32c definierten und als Träger für die eigentlichen Dichtelemente 35a, 35b, 35b' und 35c wirken, die auf die metallischen Einsätze 70a bis 70c gespritzt sind. Jedes Dichtelement 35a bis 35c umgibt eine der Durchgangsöffnungen 32a bis 32c. Während der Einsatz 70a eine kreisrunde Form hat und deswegen die größte Flexibilität beim Einbau, haben die Einsätze 70b und 70b' Spiegelsymmetrie. Im Gegensatz dazu hat der Einsatz 70c eine taillierte Form ohne jegliche Symmetrie. Die Einsätze 70b und 70b' demonstrieren, dass das Ausführungsbeispiel der Erfindung, das Einsätze verwendet ein modulares Design zulässt, da für beide Durchgangsöffnungen 32b und 32b' dieselben Einsätze verwendet werden. Dieses Design lässt auch den Gebrauch von Einsätzen verschiedener Dicke in einer Dichtungsträgerplatte zu. Weiterhin ist es möglich, verschiedene Materialien für die Dichtelemente der verschiedenen Einsätze zu verwenden, beispielsweise Dichtelemente, die besser für Öl oder für Wasser-Glykol-Mischungen geeignet sind und dergleichen.
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Zusätzlich zu den Schlitzen, die bereits aus den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bekannt sind, zeigt die Dichtungsträgerplatte 3 hier auch domförmige Vorsprünge 33*, die Befestigungselemente, die in der Endplatte des Wärmetauscherstapels geformt sind, aufnehmen können, z. B. Prägungen. Die Wechselwirkung kann einem Druckknopf vergleichbar sein.
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Wie in 14-b erkennbar, die dem Schnitt A-A in 14-a entspricht, ist ein Dichtelement 36 auf der entgegengesetzten Oberfläche der Dichtungsträgerplatte 3 angeordnet, unmittelbar gegenüberliegend dem Dichtelement 35. Diese beiden Dichtelemente sorgen für die gesamte Abdichtung der jeweiligen Durchgänge eines Stutzens, so dass der Stutzen selbst nicht speziell für Dichtzwecke ausgeführt sein muss. 14-b zeigt weiter, dass der Einsatz 70 aus einem flachen Metallblech ausgeschnitten ist. In seinem Bereich, der die Durchgangsöffnung 32c umgibt, wurden Dichtelemente 35, 36 auf die Oberflächen des Einsatzes 70 gespritzt. Diese Dichtelemente 35, 36 sind nahe bei, aber beabstandet zur Durchgangsöffnung 32c angeordnet. Am Außenrand sind die Einsätze 70 in das Polymermaterial 71 der Dichtungsträgerplatte 3 integriert. Dies erfolgt dadurch, dass das Polymermaterial auf den Einsatz gespritzt wird und ergibt einen Übergangsbereich 72, in dem das Polymermaterial 71 den Einsatz 70 auf beiden Oberflächen bedeckt. 14-b demonstriert auch, dass der Einsatz 70 in seinem Bereich mit den Dichtelementen 35, 36 seine größte Höhe H3 aufweist, wobei das Polymermaterial eine mittlere Höhe H2 und das Metallblech des Einsatzes 70 die geringste Höhe, H1 zeigt. Da die Höhe H2 des Polymermaterials und deshalb des größten Teils der Dichtungsträgerplatte 3 kleiner ist als die Höhe H3 der Einsätze mit den Dichtelementen 35, 36, können letztere nicht vollständig verpresst werden. Das sorgt für eine dauerhafte Stabilität der Dichtelemente 35 und 36.
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14-c zeigt eine alternative Ausführungsform in einer vergleichbaren Schnittansicht wie in 14-b, wobei die Dichtelemente 35, 36 jedoch am Ende des Einsatzes 70 durch Edgemoulding (Anspritzen an die Kante) aufgebracht sind und dadurch auch die Ränder des Einsatzes 70 bedecken. Sie werden dennoch als erstes und zweites Dichtelement betrachtet.
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Während sowohl 14-b und 14-c Ausführungsformen zeigen, bei denen die Dichtelemente 35, 36 dieselbe Dicke aufweisen, ist es auch möglich, sie mit unterschiedlichen Höhen zu gestalten oder den Einsatz zu kröpfen um die Dichthöhe an die besonderen Bedürfnisse eines bestimmten Wärmetauschertyps anzupassen.
