DE19547928A1

DE19547928A1 - Plattenwärmetauscher

Info

Publication number: DE19547928A1
Application number: DE19547928A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Ellinger; Otto Dipl Ing Reifenscheid
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH; MTU Motoren und Turbinen Union Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 1995-06-30
Filing date: 1995-12-22
Publication date: 1997-01-02
Anticipated expiration: 2015-12-23
Also published as: DE19547928C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher, insbesondere einen Plattenladeluftkühler einer Brennkraftmaschine, mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Plattenwärmetauschers nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 23.

Ein Plattenwärmetauscher dieser Art ist durch die DE 43 07 504 C1 der Anmelderin bekannt und dort am Beispiel eines Ladeluftkühlers einer Brennkraftmaschine beschrieben. Darin schließen jeweils zwei im äußeren Randbereich abdichtend miteinander verbundene Platten zwischen sich eine Kammer ein. Diese Kammer wird jeweils durch zwei komplementär ausgebildete Plattenabschnitte gebildet und ist mit ersten Kanälen verbunden. Die komplementär geformten Plattenabschnitte bilden ferner gegenseitige Sitzflächen für zwei in der Kammer angeordnete Abstandsringe aus. Öffnungen der ausgeformten Abschnitte bilden ein Verteilerrohr aus. Die beiden Abstandsringe sind mit Durchbrüchen versehen und schließen in jeder Kammer zwischen sich einen Ringraum ein, der an beiden Enden an elastisch verformbare Dichtmittel angrenzt. Diese Dichtmittel wiederum sperren das Verteilerrohr bei entsprechend rohraxialer Plattenspannung an den außerhalb der Kammern befindlichen Sitzflächen gegenüber zweiten Kanälen ab. Die komplementär ausgebildeten Platten sind jeweils paarweise an äußeren gegenseitigen Stützsabschnitten abdichtend miteinander verbunden.

Der bekannte Plattenwärmetauscher ist aufgrund seiner insoweit erläuterten baulichen und funktionellen Eigenschaften mit zumindest folgenden Nachteilen behaftet:

Dadurch daß jeweils aufeinandersitzende Paare von Plattenabschnitten von gegenseitigen Stützabschnitten ausgehende Kammern ausbilden, in denen jeweils zwei in Rohrachsrichtung aufeinanderfolgende, metallische Abstandsringe angeordnet sind, müssen diese Platten zwingend als Bauteilgruppe fertig vorgefertigt werden. Insgesamt sind zu dieser Vorfertigung vier einzelne Teile herzustellen und zusammenzuführen. Da die Abstandringe abdichtend in den Kammern eingesetzt sind, ist eine sorgfältige, sprich aufwendige, Montage erforderlich. Die Plattenabschnitte müssen ferner unter entsprechender Vorspannung entlang der Seitenränder kraftschlüssig verbunden werden. Die Plattenabschnitte werden üblicherweise miteinander verlötet, was eigens dafür auszubildende Stützabschnitte bedingt. Die bekannte Verklemmung beider Platten aufeinander ist darüber hinaus sehr aufwendig. Die Verbindungsnaht befindet sich am Außenumfang der Platten und führt so einerseits zu einer großen, nicht am Wärmeaustausch beteiligten Plattenfläche andererseits baut ein derartiger Wärmetauscher relativ groß. Von Nachteil ist weiters der Aufbau des Verteilerrohres aus jeweils zwei Ringen, deren Material und Abmessungen verschieden zu denen der Platten sind. Im Betrieb des Wärmetauschers kommt es dadurch zu Wärmedehnungsdifferenzen im Bereich der rohraxialen Verspannung der einzelnen Platten aufeinander. Die erforderliche Verspannung behindert die Wärmeausdehnung der einzelnen Platten, so daß Rißbildung und Undichtigkeit die Folge sind. Insgesamt bildet der Bereich des Verteilerrohres einen Kältepol innerhalb der Wärmetauscherstruktur, der im Grenzbereich zu den heißen Lamellenplattenbereichen einerseits zu Temperaturdehnungsdifferenzen führt andererseits selbst nicht von heißer Luft umströmt und folglich nicht am Wärmeaustausch beteiligt ist. Außerdem ist die Herstellung dieses bekannten Wärmetauschers aufgrund der erforderlichen Vielzahl von Einzelteilen und Baugruppen zeit- und kostenintensiv.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art zu schaffen, der mit reduziertem Herstellungs- und Bauaufwand, minimiertem Raumbedarf und zweckmäßiger Formgebung verbesserten Wärmeaustausch erbringt, und der insbesondere für den Einsatz weitgehend vollautomatischer Fertigungsverfahren geeignet und dadurch kostengünstig herstellbar aufgebaut ist. Ferner soll ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers aufgezeigt werden.

Dieses Problem wird hinsichtlich der vorrichtungsmäßigen Ausbildung des Wärmetauschers durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Die Lösung der mit der Herstellung verbundenen Probleme erfolgt mit einem Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers mit den Merkmalen des Anspruchs 23. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die zur Darstellung des Wärmetauscherblocks nötige Vielzahl unterschiedlicher Teile der Plattenbaugruppen ausschließlich durch einstückige seriell herstellbare Prägeabschnitte ersetzt ist. Versorgungssysteme und das Gehäuse sind ebenfalls aus nur wenigen unterschiedlichen Blechteile gebildet. Der erfindungsgemäße Kühlerblock setzt sich also ausschließlich aus einstückigen Blechteilen mit einheitlicher Blechstärke zusammen, wodurch eine homogene Wärmedehnung über den gesamten Kühlblock erreicht wird. Folglich kommt es zu keinen lokalen Spannungsspitzen in der Konstruktion, so daß wärmedehnungsbedingtes Materialversagen vermieden wird. Gleichzeitig baut der Kühlerblock gewichtlich leicht und weist aufgrund der sandwichartigen Verbundbauweise der Plattenelemente eine hohe Struktursteifigkeit auf.

Ferner sind zueinander parallel verlaufende Seitenränder der Prägeabschnitte mit zueinander parallelen Abkantungen versehen. Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform greifen einander zugewandte Abkantungen zweier benachbarter Plattenelemente überlappend ineinander und sind entlang der Überlappung abdichtend miteinander verbunden. Damit halten sich benachbarte Plattenelemente gegenseitig auf Abstand und bilden so jeweils zwischen sich einen zweiten Kanal für die Ladeluft. Der Abstand kann durch die Flanschhöhe der Abkantungen festgelegt sein. Gleichzeitig stellen alle ineinandergreifenden Abkantungen gemeinsam zwei einander gegenüberliegende Seitenwände des Kühlerblocks dar. Bei geeigneter Außenstrukturverstärkung bilden sie die Außenwände des Wärmetauschers. Dabei erfüllen sie zunächst Abdichtfunktionen, während die Krafteinleitung der Druckkräfte in die Strukturteile des Gehäuses erfolgt. Da auf diese Weise flächige Gehäuseseitenwände eingespart werden, können Material- und Gewichtaufwand erheblich reduziert werden. Die Abkantungen werden dabei unter dem hohen Druck der durch die Strömungskanäle geleiteten Ladeluft gegeneinandergedrückt, wodurch die Fügestellen entlastet und die Strömungskanäle zusätzlich nach außen hin abgedichtet werden.

Eine vorteilhafte Ausführungsalternative sieht vor, den Kühlerblock mit einem Kühlmittelmantel zu umgeben, welcher unterschiedliche Wärmedehnungen des heißen Kühlerblocks zu den gekühlten Gehäuseseitenwänden vermeidet. Erfindungsgemäß wird ein Aufbau mit einem Kühlmantel außen und einer heißen Kühlerblockmatrix innen mit Hilfe speziell geformter Abkantungen der Formabschnitte und der oberen und unteren Abdeckplatte erreicht. Hierzu sind die Abkantungen in Form einer Rinne mit U-förmigem Querschnittsprofil ausgebildet, so daß jeweils die beiden zu einem Plattenelement zusammengefügten komplementär geformten Prägeabschnitte gemeinsam im Bereich der Abkantungen ein Volumen einschließen, welches eine leitende Verbindung zu den Kühlmittelströmungspfaden des Plattenelements aufweist. Die Abkantungen der einzelnen Plattenelemente sind dazu so ausgebildet, daß diese im zusammengesetzten Zustand aufeinander aufliegen und sich zu einem seitenüberdeckenden Kühlmantel ergänzen. Jeweils die außenliegende Flanke der U-förmigen Rinne liegt flächig an den Seitenteilen des Gehäuses an und ist mit diesem kraftschlüssig verbunden. Eine Weiterbildung in dieser Ausführungsform sieht vor, daß die Abkantung zusätzliche Stützabschnitte ausbildet, die im wesentlichen in der Plattenebene seitlich über die Plattenelemente überstehen. Die Plattenelemente bilden so den Umfangskanten folgende Stützflansche aus, die beiderseits des Kühlblocks in entsprechend ausgebildete Aufnahmenuten der Seitenteile ragen und darin kraftschlüssig und wärmeleitend festgelegt sind.

Neben diesen seitlichen Kühlmantelflächen ist der Kühlerblock von einer oberen und unteren Kühlmittelschicht umgeben. Diese Kühlmittelschicht bildet sich jeweils zwischen dem nach außen offenen obersten und untersten Plattenelement und der entsprechenden Abdeckplatte. Die Abdeckplatte findet dazu eine geeignet ausgebildete Aufnahme in den Seitenteilen.

Weiters weisen die erfindungsgemäßen Plattenelemente Öffnungen mit materialeinstückig angeformten Aushalsungen auf, die im fertiggestellten Kühlerblock die Verteilerrohre für das wärmeaufnehmende Fluid senkrecht durch alle Plattenelemente bilden. Dazu sind die Aushalsungen der jeweils einander zugewandten Prägeabschnitte zweier benachbarter Plattenelemente so dimensioniert, daß sie in ihrer Endlage komplementär ineinandergesteckt und flüssigkeitsdicht miteinander verbunden sind. Hierdurch entfallen die bisher verwendeten separaten Einsetzteile und die erforderliche Handhabung bei der Montage. Ein gegenseitiges Verschieben zweier Plattenelemente im Bereich des Verteilerrohres ist ausgeschlossen. Durch die einstückige Ausbildung entfallen abzudichtende Übergangsbereiche und eine aufwendige rohraxiale Verspannung der Plattenelemente. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Plattenelemente besteht darin, daß deren überstehender Hals, ebenso wie die Flankenhöhe der Abkantungen, mit der Dicke der Lamellenplatten abgestimmt werden kann. Diese Lamellenplatten sind jeweils zwischen zwei benachbarten Plattenelementen angeordnet und reichen von den seitlichen Abkantungen bis unmittelbar hin zu den Aushalsungen. Die Aushalsungen selbst liegen somit innerhalb der von der zu kühlenden Luft angeströmten Fläche und sind aktiv am Wärmetausch beteiligt. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Querschnitte dieser Aushalsungen nicht kreisrund sondern oval vorgesehen, wobei der kleinere Durchinesser die Anströmfläche der Ladeluft definiert. Der größere Durchmesser, und damit der größere Umfangsflächenbereich der Aushalsungen, ist parallel zur Strömungsrichtung vorgesehen und bietet dort günstige Anschlußmöglichkeiten für die einzelnen kühlmittelführenden Kanäle der Plattenelemente.

Zentraler Vorteil der erfindungsgemäßen Ausbildung von Abkantungen und Aushalsungen an den Prägeabschnitten ist, daß dadurch auf die bisher erforderlichen Fügekanten und Fügeübergänge verzichtet werden kann. Damit werden Kosten- und Gewichtseinsparungen von bis zu 20 Prozent erzielt. Ebenso bietet der Wegfall von Fügeflanken größere Freiheiten bei der Gestaltung von Gesamtabmessungen und Gesamtbauvolumen gegenüber herkömmlichen Wärmetauscherkonzepten. Versuche der Anmelderin haben gezeigt, daß der erfindungsgemäße Wärmetauscher bei vergleichbarem Wirkungsgrad und gleicher Wärmeaustauschleistung grundsätzlich kleiner baut als herkömmliche Wärmetauscher.

In Weiterbildung der Erfindung sind zur Erhöhung der Wärmeaustauschleistung sowie des Wärmetauschergesamtwirkungsgrades mindestens zwei gegeneinander abgedichtete Strömungspfade für zwei Kreisläufe des wärmeaufnehmenden ersten Fluids vorgesehen. Diese Strömungspfade sind entweder auf einzelnen oder auf allen Plattenelementen durch entsprechende Prägungen der Formblechabschnitte dargestellt und werden unabhängig voneinander von jeweils zugeordneten Verteilerrohren mit dem jeweiligen Kühlmittelstrom versorgt. Im Unterschied zum Stand der Technik werden die zwei- oder mehr Kreisläufe auf einem Plattenelement bzw. in einer Plattenebene realisiert. Die Strömungspfade sind bezüglich der Strömungsrichtung des zu kühlenden Fluids hintereinander angeordnet. Vorteilhafter Weise wird damit jeweils auf der gesamten Wandfläche des Luftdurchtrittkanals Wärme abgeführt und an das Kühlmittel übertragen. Im Vergleich dazu erfolgt bei einem Wärmetauscher nach dem Stand der Technik der Wärmeübergang auf der Länge einer einzelnen Plattenelementfläche mit hoher Temperaturdifferenz, während die dazu komplanare Kanalwandung, nämlich die Plattenfläche des benachbarten Plattenelements, mit geringerer Temperaturdifferenz kühlen würde. Die erfindungsgemäß serielle Abkühlung des Ladeluftstroms erzielt dadurch einen gegenüber dem herkömmlichen parallelen Wärmeübergang deutlich höheren Austauschwirkungsgrad. So kann beispielsweise eine Platte auf der Luftanströmseite von einem Kühlmittelstrom mit niedrigerem Temperaturniveau durchströmt werden, während ein Kühlmittelstrom mit höherem Temperaturniveau im daran anschließendem hinterem Plattenteil geführt ist. Bei geeigneter Speisung der hintereinander angeordneten Kühlmittelkreisläufe läßt sich allein damit bereits eine Optimierung des Wärmeübergangs von der Ladeluft auf das Kühlmittel, insbesondere Wasser, darstellen.

Die Strömungspfade für die Fluide innerhalb der Plattenelemente selbst, sind in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, zur Lenkung des Fluidstroms mit zueinander parallel verlaufenden Kanallängsprägungen versehen. Diese Einrichtungen unterteilen den Strömungspfad stromaufwärts und stromabwärts eines Bereichs der Stromumkehr in einzelne erste Kanäle. Dabei ragen die Kanallängsprägungen mit zunehmendem Umkehrradius zusehens weiter in das zur Stromumkehr vorgesehene Sammelvolumen hinein. Durch diese Maßnahme münden die gleichgerichteten Kanäle auf unterschiedlicher Länge in das Sammelvolumen, und die Kühlmittelströmungen der einzelnen Kanäle behalten ihre Strömungskomponente bzw. Strömungsrichtung bei. Der ankommende Kühlmittelstrom mündet so nicht gesamthaft in das Sammelvolumen, sondern ist aufgeteilt über die einzelnen Kanalströmungen. Diese parallelen Strömungen überstreichen im Sammelvolumen freie Strecken, die im Verhältnis zum jeweiligen Umkehrradius, über die gesamte Breite des Strömungspfads betrachtet, in annähernd gleichem Verhältnis stehen. Auf diese Weise verhindert die erfindungsgemäße Gestaltung der Kanallängsprägungen im Bereich der Strömungsumlenkung bzw. Strömungsumkehr die lokale Bildung von turbulenten Strömungsverhältnissen und eines damit verbundenen schlechteren Wärmeübergangs von der Oberfläche der Prägeabschnittsfläche auf das/die Kühlmittel. Andererseits werden trotzdem zu große Reibungsverluste vermieden, wie diese bei einer über den gesamten Strömungspfad ununterbrochenen Ausbildung der Kanallängsprägungen auftreten würden.

Die Kanallängsprägungen sind kraftschlüssig mit beiden Prägeabschnitten des jeweiligen Plattenelementes verbunden, wodurch die freie Spannweite im Bereich der Sammelvolumina verringert und die Drucksteifigkeit bedeutend erhöht wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind Zugstäbe durch alle Plattenelemente des Kühlerblocks geführt und mit diesen jeweils abdichtend kraftschlüssig verbunden. Sie verlaufen senkrecht zu den Ebenen der Plattenelemente und dienen als Strukturverstärkung der Blech-Leichtbauweise. Die bei einem Kühlmitteldruck von beispielsweise 5 bar auf die Formblechabschnitte einwirkenden enormen Flächenkräfte werden so unmittelbar in ihrer Wirkungsrichtung über die Zugstäbe abgeleitet. Die kraftschlüssige Verbindung aller Plattenelemente entlang der Zugstäbe verleiht dem gesamten Wärmetauscher, insbesondere dem Kühlerblock außerdem eine hohe Schwingfestigkeit, die sich wiederum positiv auf die Gesamtlebensdauer des Wärmetauschers auswirkt.

Alternativ oder additiv zu den Zugstäben ist ferner vorgesehen, die Lamellen, der jeweils zwischen zwei benachbarten Plattenelementen angeordneten Leiteinrichtungen, als Rechtecklamellen auszubilden und die an den Plattenelementen anliegenden Abschnitte da mit kraftschlüssig zu verbinden. So kann mit ohnehin vorhandenen Mittel die Festigkeit des Wärmetauschers einfach und kostengünstig gesteigert werden.

Das Gehäuse des Wärmetauschers ist erfindungsgemäß ebenfalls in Leichtbauweise dargestellt. Bei einer Ausführungsform der Erfindung liegen Seitenwände an den Abkantungen der Plattenelemente an und stehen jeweils luftseitig über den Kühlerblock vor. An diesen vorstehenden Teilen der Seitenwände sind die Luftkästen befestigt. Die Seitenteile bestehen aus Blech mit größerer Dicke und bilden so eine geeignete Anflanschstelle an den ansonsten in Leichtbauweise ausgebildeten Kühlerblock. Zusätzliche Gewichtseinsparungen können mit einer weiteren Ausgestaltung erreicht werden, bei der die Seitenwände lediglich im Bereich der Kühlblockkanten in Form von Blechstreifen ausgebildet sind, und so eine Anflanschmöglichkeit für die Luftkästen einerseits und obere und untere Deckplatten andererseits bereitstellen. Hierbei stellen die zu Blechstreifen verkleinerten Seitenwände lediglich eine Strukturversteifung für die Abkantungen der Plattenelemente dar; die ursprüngliche Abdichtungsfunktion der Seitenwände ist durch die übereinander gestapelten, abdichtend überlappenden Abkantungen der Plattenelemente erfüllt.

Vorteilhafter Weise weisen mindestens die obere- und untere Gehäuseplatte Einrichtungen zur Profilversteifung auf, welche mit zunehmendem Abstand von den Seitenflächen zunehmendes Widerstandsmoment darstellen. Dadurch wird die einwirkende Flächenlast über die oberste und unterste Platte aufgefangen und in die Seitenteile geleitet, mit denen diese kraftschlüssig verbunden sind. Hier sind weitere Materialeinsparungen möglich, wenn unmittelbar die Abdeckplatten mit Profilversteifungen ausgestattet sind und deshalb auf zusätzliche Gehäuseplatten verzichtet wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers sieht vor, die Plattenelemente werkstoffeinstückig auszubilden, wobei die beiden komplementär geformten Prägeabschnitte jeweils über eine gemeinsame Biegekante miteinander verbunden sind. Diese Plattenelementausbildung bietet insbesondere den Vorteil einer ausschließlich ebenen Prägung der komplementär geformten Prägeabschnitte mit anschließender Kantung zu dem endgültigen Plattenelement. Somit werden in einem Arbeitsschritt sowohl die Strömungspfade, als auch die Aushalsungen und die seitlichen Abkantungen geformt, z. B. aufgeprägt, und durch einen bloßen Biegevorgang die Plattenelemente in ihre endgültige Form gebracht. Durch die ausschließliche Verwendung von Blechteilen können die einzelnen Formabschnitte und/oder Plattenelemente einfach und kostengünstig vollautomatisch gefertigt werden. Die Ausbildung einer Biegekante entlang einer Seitenkante jedes Plattenelementes ist dabei im Vergleich zu der bisher an dieser Stelle vorgesehenen Lötnaht wesentlich weniger aufwendig und schafft darüberhinaus eine Verbindung zwischen beiden Prägeformen, deren Festigkeit die einer Lötnaht bei weitem übertrifft. Die Biegekante ist vorteilhafter Weise als Stirnanströmkante auf der Eintrittsseite der heißen Ladeluft vorgesehen, wo die hohen Temperaturen bisher häufig zum Versagen der Lötstelle führten. Damit wird die Dauerfestigkeit des Wärmetauschers auch in diesem hochbelastetem Bereich wesentlich erhöht.

Ein weiterer hervorzuhebender Vorteil des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens besteht in dem bloßen Aufeinanderstapeln der einzelnen Platten, die, aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen Ausbildung, gleichzeitig gegenseitig die Fügestöße ausbilden. Dabei bildet die erfindungsgemäße körperliche Ausbildung des Wärmetauschers die Grundlage dafür, daß sämtliche Teile und Baugruppen ohne Fügevorgang oder zusätzliche Spann- und Halteeinrichtungen vollständig zusammengesetzt bzw. montiert werden können.

Der fertig vormontierte Wärmetauscher wird dann in einem Arbeitsvorgang gesamthaft kraftschlüssig gefügt. Da sämtliche Fügestellen bzw. Fügeverbindungen des Wärmetauschers in einem Arbeitsschritt, beispielsweise beim Durchlaufen eines Lötofens, ausgebildet werden, und während dieses Fügevorgangs sämtliche Bauteile des Wärmetauschers bereits in ihrer endgültigen Lage gehalten sind, können Maßungenauigkeiten, die sich beispielsweise bei Einzelfügeverbindungen aus dem erhitzungsbedingten Temperaturverzug ergeben, vermieden werden. Ferner können die Fertigungszeiten des erfindungsgemäßen Wärmetauschers erheblich verkürzt werden. Außerdem bietet die Trennung von Bauteilherstellung, Gesamtmontage und anschließendem Fügen die Grundvoraussetzung für eine serienmäßige Fertigung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers.

Die Ausbildung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers mit großflächigen Abkantungen bzw. Überlappungen ermöglicht erstmals auch ein gesamthaftes Kleben des Wärmetauschers als Fügetechnik. Aufgrund der niedrigeren Aushärtetemperaturen von Klebstoffen können gegenüber einer gelöteten Ausführung die temperaturbedingten Materialbeanspruchungen verringert werden. Denkbar ist hierbei ferner der Einsatz von kostengünstigeren Materialien.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung. Es zeigt:

Fig. 1 den erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher fertigt montiert mit aufgesetzten Luftkästen;

Fig. 2 die Draufsicht eines Plattenelementes mit zwei Kühlmittelkreisläufen;

Fig. 3 eine Schnittdarstellung eines Plattenelementes entlang des Schnittverlaufs III-III in Fig. 2;

Fig. 4 die erfindungsgemäß ausgebildeten Prägeabschnitte eines Plattenelementes nach dem Prägevorgang;

Fig. 5 exemplarisch die Anordnung der Lamellenplatten zwischen zwei übereinander angeordneten Plattenelementen;

Fig. 6 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers senkrecht zu den Plattenelementen und der Strömungsrichtung des zu kühlenden Fluids;

Fig. 7 eine Schnittansicht des Wärmetauschers senkrecht zu den Plattenelementen und parallel zur Strömungsrichtung des zu kühlenden Fluids;

Fig. 8 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers mit Kühlmantelisolierung.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Plattenwärmetauscher am Beispiel eines Plattenladeluftkühlers 1 einer Brennkraftmaschine in perspektivischer Ansicht dargestellt.

Der Ladeluftkühler 1 ist im wesentlichen aufgebaut aus einem quaderförmigen Kühlerblock 4, der in einem Gehäuse 9, 10, 5 untergebracht ist. An dem Gehäuse 5, 9, 10 sind an zwei gegenüberliegenden Seiten ein oberer Luftkasten 2 und ein unterer Luftkasten 3 befestigt, die jeweils die gesamte Kühlerblockseite überspannen. Oberer Luftkasten 2 und unterer Luftkasten 3 bilden ein Zu- und Abfuhrsystem für ein erstes, abzukühlendes Fluid, welches in dem dargestellten Ausführungsbeispiel Ladeluft ist. Diese Luft, die entweder unmittelbar vom Ansaugsystem des Verbrennungsmotors (nicht dargestellt) oder aber über ein Rückführsystem von der Abgasleitung aus zum Ladeluftkühler 1 geführt ist, tritt in Richtung des Pfeiles 7 in den oberen Luftkasten 2 ein und wird mit dessen Hilfe auf die gesamte Kühlerblockseitenfläche verteilt und in den Kühlerblock 4 geleitet. Auf der gegenüberliegenden Kühlerblockseite wird die abgekühlte Ladeluft mit Hilfe des unteren Luftkastens 3 gesammelt und verläßt diesen in Richtung des Pfeiles 8.

Ein zweites Fluid, wird als Kühlmittel über Anschlußstutzen 11, 12, 13, 14 in gegenüber der Ladeluft abgedichteten Kreisläufen durch den Kühlerblock 1 geleitet. Beim Ladeluftkühler l sind zwei gegeneinander abgedichtete Kühlmittelkreisläufe vorgesehen, von denen der erste Kühlmittelkreislauf über den Anschlußstutzen 11 in Richtung des Pfeiles 43, der zweite Kreislauf über den Anschlußstutzen 13 in Richtung des Pfeiles 45 mit Kühlmittel gespeist werden und welches dann über die Anschlußstutzen 12 bzw. 14 in Richtung der Pfeile 44 bzw. 46 wieder aus dem Kühlerblock 4 abfließen. Der Kühlerblock 4 wird in an sich bekannter Weise gleichzeitig von der Ladeluft und von dem Kühlmittel durchströmt. Anstelle der hier dargestellten zwei Kühlmittelkreisläufe können ebenso nur ein Kühlmittelkreislauf oder aber mehr als zwei Kühlmittelkreisläufe vorgesehen sein. Da die einzelnen Kühlmittelkreisläufe gegeneinander abgedichtet im Kühlerblock 4 vorgesehen sind, ist es ebenfalls möglich, zwei unterschiedliche Kühlmittel durch die getrennten Kreisläufe zu führen. Unabhängig von der Zahl der verwendeten Kühlmittel zeigt der Ladeluftkühler 1 das Prinzip eines Kreuzstrom-Wärmetauschers. Die Wärmeenergie wird hierbei von der unidirektional (Pfeil 7 und 8) durch den Kühlerblock 4 geführten heißen Ladeluft auf den im wesentlichen senkrecht dazu in den Plattenelementen 6 geführten Kühlmittelstrom übertragen und aus dem Ladeluftkühler 1 geleitet. Der Wärmeübergang findet hierbei auf der gesamten, von der heißen Ladeluft überströmten Außenoberfläche der Plattenelemente 6 durch deren Wandung, entlang der gesamten, vom Kühlmittelstrom überstrichenen Innenoberfläche der Plattenelemente 6 auf den Kühlmittelstrom statt. Die von der Ladeluft auf das Kühlmittel übertragene Wärmemenge ist dabei durch die Gesetzmäßigkeit Q = A·k·(T_L-T_K) bestimmt. Danach ist die zu übertragende Wärmemenge Q proportional zu der am Wärmeaustausch beteiligten Fläche A und der Temperaturdifferenz zwischen der Luft T_L und dem Kühlmittel T_K. Der Proportionalitätsfaktor, der Wärmedurchgangskoeffizient k, ist einerseits durch die verwendeten Materialien vorgegeben und andererseits von den vorherrschenden Strömungsbedingungen abhängig. Eine weitere Abhängigkeit ist durch die zeitliche Änderung der Temperaturdifferenz ΔT_LK entlang der von der Ladeluft überstrichenen Strecke bestimmt.

Eine Maximierung der übertragbaren Wärmemenge Q und damit eine Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades β_ges des Wärmetauschers sind folglich sowohl durch günstige strömungsmechanischen Verhältnisse als auch die konstruktiven Vorgaben zu erreichen. Beide Gesichtspunkte werden im wesentlichen Maß durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Plattenelemente 6 des Kühlerblocks 4 vorteilhaft beeinflußt.

Die Plattenelemente 6 sind, gemäß der Lehre der Erfindung, ausschließlich durch zwei flächig aufeinander liegende Prägeabschnitte 16, 17 dargestellt, die entlang ihres gesamten Umfanges abdichtend miteinander verbunden sind. Die Prägeabschnitte 16, 17 eines Plattenelementes 6 sind komplementär geformt und bilden zwischen sich den Strömungspfad 22, 23 für das Kühlmittel in Form von Kanälen 20, 20′ aus. Beide Prägeabschnitte 16, 17 sind entlang einer gemeinsamen Seitenkante werkstoffeinstückig über eine gemeinsame Biegekante 15 miteinander verbunden (Fig. 3). Dazu ist jedes Plattenelement 6 aus einem einstückigen Metallblech gefertigt, das in einem ebenen Umformprozeß, wie z. B. durch Prägen, seine vorgesehene Gestalt erhält. Bei dem ebenen Prägevorgang liegen die Prägeabschnitte 16, 17 in einer gemeinsamen Ebene nebeneinander und erhalten die komplementär ausgebildeten kühlmittelführenden Strukturen aufgeprägt. Mittels des gleichen Prägevorganges werden gleichzeitig an zwei parallel zueinander verlaufenden Rändern der nebeneinander liegenden Formanschnitte 16, 17 gleichgerichtete Abkantungen 26, 27 ausgebildet. Diese Abkantungen 26, 27 sind im Bereich einer gemeinsamen Biegekante unterbrochen. Die miteinander verbundenen Prägeabschnitte 16, 17 sind entlang der Biegelinie 18 soweit zueinander umgebogen, bis sie entlang einer gemeinsamen Berührebenen flächig aufeinander zu liegen kommen. Im Endzustand sind beide Prägeabschnitte 16, 17 entlang sämtlicher Flächenabschnitte gegenseitiger Berührung abdichtend zusammengefügt. Diese Verbindung kann entweder als Verschweißung, vorzugsweise als Strahl-/Rollnahtschweißung ausgeführt sein. Verwendet werden können jedoch auch eine temperaturbeständige Hartlötung oder eine entsprechend dauerhafte Verklebung der einzelnen Teile miteinander.

Die Gestalt der Prägungen der Prägeabschnitte 16, 17 sind in Fig. 4 prinzipiell angedeutet und in den Fig. 2 und 3 am dargestellten Ausführungsbeispiel des Plattenladeluftkühlers 1 detailliert beschrieben. Wie oben erwähnt, stellen die Prägungen der Formabschnitte 16, 17 gegengleich geformte Strömungspfade 22, 23 als Teil zweier Kühlmittelkreisläufe (Pfeile 43, 44) aus. Die Strömungspfade 22 und 23 werden jeweils zustrom- und abstromseitig von einem Verteilerrohr 30, 31 mit Kühlmittel versorgt. Die Verteilerrohre 30, 31 setzen sich dazu aus einzelnen Rohrabschnitten zusammen, welche werkstoffeinstückig an den Plattenelementen 6 ausgebildet sind. Hierzu sind neben den Sitzflächen und Strömungspfadprägungen entsprechende Öffnungen 30, 31 in den Prägeabschnitten 16, 17 ausgebildet, deren Randbereich jeweils als bundartige Aushalsung 35, 36 aus dem Metallblech getrieben sind. Die Durchmesser der Öffnungen 30, 32 sowie die daran ausgeformten Aushalsungen 35, 36 des Prägeabschnitts 17 sind geringfügig größer vorgesehen als die im Prägeabschnitt 16 korrespondierenden Öffnungen 30, 31 mit den Aushalsungen 35, 36. Die Durchmesserunterschiede der Öffnungen 31 des Prägeabschnitts 17 und die Öffnungen 30 des Prägeabschnitts 16 sind so gewählt, daß die Aushalsungen 35, 36 eines ersten Plattenelementes 6 formschlüssig in die Aushalsungen 35, 36 eines benachbarten Plattenelementes 6 gesteckt werden können, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Jede der Öffnungen 30 des Prägeabschnitts 16, ebenso die Öffnungen 31 des komplementären Prägeabschnitts 17, sind über einen Anschluß 28 mit dem jeweiligen Kühlmittelströmungspfad 22, 23 leitend verbunden. Anstelle der im Ausführungsbeispiel kreisrunden Öffnungen 30, 31 (Fig. 2), können die Öffnungsquerschnitte und die daran angeformten Aushalsungen elliptische Querschnittsform besitzen. Dabei liegt die Hauptachse des elliptischen Querschnitts parallel zur Strömungsrichtung der abzukühlenden Luft und die Nebenachse parallel zur Strömungsrichtung des Kühlmittels. Eine solche Ausbildung der Aushalsungen 35, 36 stellt einen geringeren Strömungswiderstand für die daran vorbeistreichende Ladeluft dar, wodurch die Ladeluftsströmung geringere Störungen erfährt. Gleichzeitig bietet die Breitseite der elliptischen Strömungen konstruktive Vorteile für die Prägungen der Anschlüsse 28. Der Anschluß 28 bzw. die Anschlüsse 28 werden wie die Strömungspfade 22, 23 prinzipiell von zwei komplementär ausgebildeten Prägungen dargestellt.

Der schematische Verlauf der Strömungspfade 22 und 23 ist, wie in Fig. 4 gezeigt, jeweils durch zwei über die gesamt Breite des Plattenelements 6, parallel zueinander verlaufende Zweige 51, 52 vorgesehen, die auf der selben Seite des Plattenelementes zuström- und abströmseitig mit dem jeweiligen Verteilerrohr verbunden sind. Auf der den Verteilerrohren gegenüberliegenden Seite ist ein Sammelvolumen 47 ausgebildet, über welches der Zweig 51 leitend mit dem Zweig 52 des Strömungspfades 22 verbunden ist. Das Sammelvolumen 47 bildet einen Umlenkbereich für die Kühlmittelströmung des Strömungspfades 22. Im Bereich des Strömungspfades 22, 23 sind in den Zweigen 51 und in den Zweigen 52 zueinander parallel verlaufende Kanallängsprägungen 19, 19′ ausgebildet. Diese unterteilen die Zweige 51 und 52 in vier ebenfalls parallel zueinander verlaufende erste Kanäle 20 bzw. 20′. Die Längsprägungen 19 und 19′ ragen unterschiedlich weit in das Sammelvolumen 47 hinein; sie enden auf einer gedachten Halbkreislinie mit dem Radius 53 im Sammelvolumen 47. Die vom speisenden Verteilerrohr durch den Anschluß 28 kommende Kühlmittelströmung wird in die parallelen Kanäle 20 aufgeteilt, die auf unterschiedlichen Längen in das Sammelvolumen 47 münden, und in Einzelströmungen parallel zueinander in Strömungsrichtung 48 im Sammelvolumen 47, um 180° umgelenkt und wieder auf die ebenfalls unterschiedlich lang ausgebildeten Kanäle 20′ des Zweiges 52 verteilt und fließt gesammelt im Verteilerrohr aus dem Plattenelement. Gemäß Fig. 2 und Fig. 3 bilden die Längsprägungen 19, 19′ der jeweils aufeinanderliegenden Prägeabschnitte 15, 16 Lötflächen aus, an denen beide Platten kraftschlüssig miteinander verbunden sind. Die breite der Längsprägungen 19, 19′ zu der Breite 55 der ersten Kanäle 20, 20′ ist in einem Verhältnis vorgesehen, das sich im Bereich von 1 : 8 bis 1 : 10 bewegt. So gewählte Breitenverhältnisse der Längsprägungen 19 und der ersten Kanäle 20 bilden zusammen mit der erfindungsgemäßen Führung der Strömungspfade 22, 23 strömungsgünstige Voraussetzungen für das durchgeleitete wärmeaufnehmende Kühlwasser, welches bevorzugt mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 4 m/s durch die Strömungspfade 22, 23 der Plattenelemente 6 gefördert wird.

Der gegenseitige Abstand der Abkantungen 26, 27 ist um die zweifache Materialdicke kleiner gewählt als der gegenseitige Abstand der Abkantungen 26, 27, so daß diese, gemäß Fig. 6, sich jeweils mit den zugewandten Abkantungen 26, 27 der benachbarten Plattenelemente 6 gegenseitig überlappend. Die freistehende Höhe der Abkantungen 27 und 26 ist mit der Höhe der Aushalsungen 35, 36 abgestimmt und so gewählt, daß die Aushalsungen 35, 36 ein ausreichendes Maß gegenseitig ineinanderragen und abdichtend miteinander zusammengefügt werden können.

Eine Vielzahl der in ihre endgültige Form gebrachten Plattenelemente 6 sind, wie in Fig. 6 zu sehen, flächig übereinander angeordnet, wobei die Aushalsungen 35, 36 der Plattenelemente 6 jeweils in Aushalsungen 37, 36 des jeweils benachbarten Plattenelementes 6 gesteckt sind und miteinander verschweißt oder verlötet werden. In den äußeren Randbereichen überlappen sich jeweils entlang des entsprechenden Seitenrandes die Überlappungen 26, 27 benachbarter Plattenelemente 6. In Bereichen gegenseitiger Überlappung sind diese Abkantungen 26, 27 ebenfalls miteinander verschweißt oder verlötet.

Gleichzeitig bilden die Plattenelemente 6 zwischen sich je Seitenkanäle 21 aus, die von dem zugeführten wärmeabgebenden Fluid, hier heiße Verdichter- bzw. Ladeluft, durchströmt werden. In den zweiten Kanälen 21 zwischen zwei benachbarten und entlang der Abkantungen verbundenen Plattenelemente 6 ist in bekannter Weise jeweils eine Lamellenplatte 50 vorgesehen, deren Lamellen im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung der Ladeluft verlaufen. Gemäß Fig. 5 reicht diese Lamellenplatte 50 von der Abkantung 26, 27 unmittelbar bis an die Aushalsungen 35, 36, 37, 38 der Plattenelemente 6 heran. Gemäß Pfeil 7 zugeführte Kühlluft (Fig. 7) kann so über die gesamte Breite der Kanäle 21 durch die Lamellenplatte 50 und vorbei an den durch die Aushalsungen gebildeten Verteilerrohren bis hin zu der angrenzenden Seitenwandung über die gesamte Oberfläche der Plattenelemente 6 durch den Kühlerblock 4 geführt werden.

Der gesamte Kühlerblock 4 ist als Einheit in ein Gehäuse 5, 10, 39, 39′ eingesetzt und kraftschlüssig verbunden. Das Gehäuse 5, 10, 39, 39′ kann wie in den Fig. 1, 6 und 7 als Rahmenkonstruktion ausgeführt sein, bei dem insbesondere die Seitenteile 10 nicht flächig sondern in Form von Blechstreifen ausgebildet sind. In dieser Ausführungsform übernehmen die Gehäuseteile 9 und 10 lediglich strukturversteifende Funktionen. Die eigentliche Abdichtung des Kanalsystems des Kühlerblocks 4 erfolgt mittels der erfindungsgemäßen Abkantungen 26, 27 der Plattenelemente 6.

Gemäß Fig. 6 kann der Kühlerblock 4 zwischen einer oberen und einer unteren Abdeckplatte 39, 39′ im Gehäuse 5, 9, 10 eingespannt sein. Die Abdeckplatten 39, 39′ sind komplanar zu den Plattenelementen 6 angeordnet. Die obere Abdeckplatte 39 weist entsprechen der Anzahl der in den Plattenelementen 6 ausgebildeten Öffnungen 30, 31 mit Aushalsungen 35, 36 mit diesen korrespondierende Öffnungen 34 und daran angeformte rohrförmige Anschlußstutzen 14 aus. Die Rohrstutzen 14 ragen durch komplementär ausgebildete Öffnungen der Deckplatte 5 flüssigkeitsdicht durch das Gehäuse nach außen und bilden die Anschlußmöglichkeiten für das Zu- und Abführsystem des Kühlwasser. Die Abdeckplatte 39 ragt entlang der Seitenkante des Kühlerblocks 4 über das Seitenteil 10 hinaus (Fig. 7) und bildet einen massiven Anschlußflansch einerseits für den oberen Luftkasten 2 andererseits für den unteren Luftkasten 3. Die anderen beiden Seitenränder der Abdeckplatte 39 sind so bemessen, daß sie zwischen den einander gegenüberliegenden Seitenteilen 9, 10 verschiebbar Aufnahme finden.

Eine Deckplatte 5 ist von oben über die Anschlußstutzen 14 und über den Kühlerblock 4 aufgesteckt, wobei deren seitliche Laschen 29 die Seitenteile 9, 10 von außen gegen den Kühlerblock 4 spannen. Die Deckplatte 5 ist ferner mit Hilfe von geometrischer Gestaltgebung zur Aufnahme von Druckkräften in Richtung der ersten Kanäle jeweils von den Seitenteilen 9, 10 aus zur Kühlerblockmitte hin mit einer ansteigenden Wölbung ausgebildet. Diese Wölbung stellt die Firstlinie von Sicken als Mittel zur Profilversteifung 37 dar. In Fig. 7 ist angedeutet, daß mehrere dieser Sicken in Strömungsrichtung der Ladeluft (Pfeil 7) nebeneinander angeordnet den Kühlerblock 4 überspannen. Anstelle der Sicken können auch andere geeignete Einrichtungen zur Profilversteifung vorgesehen sein, um die auf die Deckplatte 5 einwirkenden Flächenkräfte aufzufangen und in die Seitenteile 9 oder 10 einzuleiten.

Maßgeblichen Einfluß auf die einwirkende Flächenlast haben die in den Fig. 6 und 7 dargestellten Zugstäbe 74. Die Zugstäbe 74 sind im wesentlichen senkrecht zur Plattenebene 24 durch sämtliche Plattenelemente 6 des Kühlerblocks 4 geführt und jeweils im Bereich der Durchtrittsöffnungen mit Aushalsungen 75 abdichtend und kraftschlüssig mit diesen verbunden. Die Zugstäbe 74 dienen dazu, die auf die Prägeabschnitte 16, 17 einwirkenden, enormen Flächenkräfte direkt in ihrer Wirkungsrichtung aufzunehmen.

In Fig. 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers 1 dargestellt, bei welchem der Kühlerblock 4 mit Hilfe eines Kühlmantels gegenüber den Gehäuseseitenteilen 70 und den Abdeckplatten 39 und 39′ isoliert ist. Bei dieser Ausführungsform sind die erfindungsgemäßen Abkantungen 26, 27 in Form einer Rinne mit U-förmigem Querschnittsprofil ausgebildet. Die Abkantung setzt sich hierbei aus einem im wesentlichen senkrecht zur Plattenebene 24 abstehenden ersten Abschnitt 63, einem Umkehrabschnitt 64 und einem parallel zur angrenzenden Gehäusewandung 70 verlaufenden Befestigungsabschnitt 66 sowie einen Stützabschnitt 67 zusammen. Dabei sind die einzelnen Abschnitte 63, 64, 66 und 67 so bemessen, daß der Stützabschnitt 67 im wesentlichen in der Plattenebene 24 seitlich am Plattenelement übersteht, und der Umkehrabschnitt 64 eine Kontaktfläche 65 ausbildet, auf der die komplementäre Rinne des zugewandten Prägeabschnitts 17 des benachbarten Plattenelementes 60 aufliegt. Die rinnenförmigen Abkantungen 26, 27 der beiden, jeweils ein Plattenelement 60 formenden Prägeabschnitte 16, 17 schließen so einerseits zwischen sich ein Volumen 68 für Kühlmittel ein andererseits bestimmen sie den Abstand zweier Plattenelemente 60 zueinander. Das Volumen 26 ist über eine leitende Verbindung mit den ersten Kanälen 20, 20′ verbunden und wird so ebenfalls über die Verteilerrohre 32 mit Kühlmittel versorgt. Die Stützabschnitte 67 der Prägeabschnitte 16, 17 bilden an jedem Plattenelement 60 abstehende Flansche aus, welche in entsprechend geformte Aufnähmenuten 71 der Seitenteile 70 ragen und darin kraftschlüssig und wärmeleitend festgelegt sind. Die Abkantungen 26, 27 sind ferner im Bereich der flächig anliegenden Befestigungsabschnitte 66 mit den Seitenteilen 70 verbunden.

Während die Abkantungen 26 und 27 der Plattenelemente 6 die seitlichen Teile des Kühlmantels in oben beschriebener Weise bilden, ist zwischen den obersten und untersten Plattenelementen des Kühlerblocks 4 und der oberen 39 und unteren Abdeckplatte 39′ ebenfalls eine Wasserummantelung ausgebildet. Der Kühlerblock 4 schließt nach oben und unten jeweils mit einem Prägeabschnitt 17 ab, der von keinem komplementären Prägeabschnitt 16 abgedeckt ist. Hier bilden die Abdeckplatten 39, 39′ eine wasserdichte Abgrenzung des Block 4 gegenüber der Umgebung. Der Abstand zwischen diesem Prägeabschnitt 17 bzw. 16 und der Abdeckplatte 39 bzw. 39′ ist durch ein entsprechend ausgebildetes Auflager des Seitenteils 70 vorgegeben. Abdeckplatten 39, 39′ sind abdichtend und kraftschlüssig mit den Seitenteilen 70 verbunden.

Bezugszeichenliste

1 Ladeluftkühler
2 Luftkasten, oberer
3 Luftkasten, unterer
4 Kühlerblock
5 Deckplatte
6 Plattenelement
7 Pfeil
8 Pfeil
9 Seitenteile
10 Seitenteile
11 Anschlußstutzen
12 Anschlußstutzen
13 Anschlußstutzen
14 Anschlußstutzen
15 Seitenrand einstückig
16 Prägeabschnitt
17 Prägeabschnitt
18 Biegelinie
19, 19′ Längsprägung
20, 20′ erster Kanal
21 zweiter Kanal
22 Strömungspfad
23 Strömungspfad
24 Plattenebene
26 Abkantung
27 Abkantung
28 Anschluß
29 Lasche
31 Öffnung klein
32 Verteilerrohr
34 Öffnung
35 Aushalsung
36 Aushalsung
39, 39′ Abdeckplatte
40 Verteilerrohr
41 Lötnaht
43 Pfeil
44 Pfeil
45 Pfeil
46 Pfeil
47 Sammelvolumen
48 Strömungsrichtung
50 Lamellenplatte
51 Zweig
52 Zweig
53 Radius
57 Profilversteifung
60 Plattenelement
63 erster Abschnitt
64 Umkehrabschnitt
65 Kontaktfläche
66 Befestigungsabschnitt
67 Stützabschnitt
68 Volumen
70 Seitenteil
71 Aufnahmenut
74 Zugstab
75 Durchtrittsöffnung mit Aushalsung

Claims

1. Plattenwärmetauscher, insbesondere Ladeluftkühler einer Brennkraftmaschine, der besteht aus:

- einem Gehäuse, in dem
- ein Kühlerblock vorgesehen ist, welcher aus
- einer Mehrzahl in regelmäßigen Abständen stapelartig zueinander angeordneter Plattenelemente dargestellt ist, die
- voneinander getrennte erste und zweite Kanäle für mindestens zwei am Wärmetausch beteiligte Fluide sowie mindestens
- ein Verteilerrohr, das zu- oder abstromseitig mit ersten Kanälen verbunden und gegenüber den zweiten Kanälen abgedichtet ist, ausbilden, und
- die aus jeweils paarweise abdichtend miteinander verbundenen komplementär geformten Prägeabschnitten bestehen, die zwischen sich die ersten Kanäle mit mindestens einem Strömungspfad für mindestens ein erstes Fluid einschließen, und
- die zweiten Kanäle jeweils zwischen zwei benachbarten Plattenelementen dargestellt sind, wobei diese zweiten Kanäle jeweils an zwei in Strömungsrichtung eines zweiten Fluids gegenüberliegenden Seiten offen und an den übrigen Seiten abgedichtet ausgebildet sind, und an den offen ausgebildeten Seiten
- ein Zu- und Abführsystem (16) für das zweite Fluid vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet
- daß jeder komplementär geformte Prägeabschnitt (16) an parallel zueinander verlaufenden Seitenrändern zumindest senkrecht von der Plattenebene (24) abstehende Abkantungen (26) aufweist, die mit entsprechenden Abkantungen (27) des zugewandten komplementär geformten Prägeabschnitts (17) des benachbarten Plattenelements (6) abdichtend verbunden sind,
- daß jeder erste komplementär geformte Prägeabschnitt (17) Öffnungen (31) mit aus der Plattenebene (24) ragenden Aushalsungen (36) ausbildet, die sich gegenseitig überlappend in die entsprechenden Öffnungen (30) mit Aushalsungen (35) des zugewandten komplementär geformten Prägeabschnitts (16) des benachbarten Plattenelements (6) greifen und abdichtend miteinander verbunden, gemeinsam die Verteilerrohre (32) bilden,
- daß jeder komplementär geformte Prägeabschnitt (16, 17) einheitliche Materialdicke aufweist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die senkrecht von der Plattenebene (25) abstehenden Abkantungen (26, 27) jeweils zweier benachbarter Plattenelemente (6) überlappend ineinander greifen und kraftschlüssig miteinander verbunden sind und dadurch die Seitenwandungen der zweiten Kanäle (21) bilden.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, bei dem in den zweiten Kanälen (21) zwischen jeweils zwei benachbarten Plattenelementen (6) Lamellenplatten (50) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet daß sich die ineinandergreifenden Abkantungen (26, 27) zweier benachbarter Plattenelemente (6) über eine Höhe überlappen, die kleiner ist als der Abstand zwischen den Plattenelementen (6).

4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, bei dem der Kühlerblock (4) zumindest teilweise vom wärmeaufnehmenden ersten Fluid umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkantungen (26, 27) in Form einer Rinne (33) mit U-förmigem Querschnittsprofil aus einem im wesentlichen senkrecht zur Plattenebene (24) abstehenden ersten Abschnitt (63), einem eine Kontaktfläche (65) bildenden Umkehrabschnitt (64) und einem parallel zur angrenzenden Gehäusewandung (70) verlaufenden Befestigungsabschnitt (66) dargestellt sind, und daß die Abkantungen (26, 27) zweier einander zugewandter Prägeabschnitte (16, 17) zumindest im Bereich der Umkehrabschnitte (64) miteinander und die Befestigungsabschnitte (66) mit dem Gehäuse (70) abdichtend verbunden sind.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Befestigungsabschnitte (66) zweier zu einem Plattenelement (6) verbundener komplementär geformter Prägeabschnitte (16, 17) gegenseitig überlappend miteinander verbunden sind.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkantungen (26, 27) einen Stützabschnitt (67) ausbilden, der im wesentlichen in der Plattenebene (24) seitlich am Plattenelement (6) flanschartig übersteht, und der mit dem entsprechenden Stützabschnitt (67) des jeweils zweiten komplanar geformten Prägeabschnitts (17) eines Plattenelements (6) abdichtend verbunden ist.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Prägeabschnitte (16, 17) zwischen sich mindestens zwei gegeneinander abgedichtete Strömungspfade (22, 23) einschließen, die bezüglich der Strömungsrichtung (7) des zu kühlenden Fluids hintereinander angeordnet sind, und jeder Strömungspfad (22, 23) zu- und abstromseitig mit einem Verteilerrohr (32) leitend verbunden ist.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 7, bei dem die ersten Kanäle (20, 20′) jeweils mindestens einen Strömungspfad (23) für das erste Fluid ausbilden, dessen Richtung um 180 Grad ändert und der im Bereich der Stromumkehr ein Sammelvolumen (47) aufweist, dadurch gekennzeichnet daß jeweils Einrichtungen zur Lenkung des Fluidstroms zwischen Einlaß und Auslaß in Form von Kanallängsprägungen (19) vorgesehen sind, die den Strömungspfad (23) jeweils in einzelne, zueinander parallel verlaufende erste Kanäle (20, 20′) unterteilen, und in dem Sammelvolumen münden.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß die Kanallängsprägungen (19) unterschiedlich weit in das Sammelvolumen (29) hineinragenden ausgebildet sind, wobei diese auf dem zuströmenden und dem abströmenden Teil des Strömungspfades (23) mit zunehmendem Umkehrradius (53) weiter in das Sammelvolumen (47) hineinragend dargestellt sind.

10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 4, 5, 6 und Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der ersten Kanäle (20) mit dem von den Abkantungen (26, 27) zweier komplementär geformter Prägeabschnitte (16, 17) gebildeten Volumen (68) kommuniziert.

11. Wärmetauscher nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet daß die komplementär ausgebildeten Kanallängsprägungen (19, 19′) Berührflächen und Kanäle in einem Breitenverhältnis von Berührfläche (56) zu Kanalbreite (55) im Bereich von 1 : 8 bis 1 : 10 ausbilden.

12. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die beiden zu einem Plattenelement (6) verbundenen komplementär geformten Prägeabschnitte (16, 17) entlang eines gemeinsamen Seitenrandes (15) werkstoffeinstückig miteinander verbunden sind.

13. Wärmetauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der werkstoffeinstückig ausgebildete Seitenrand (15) der Plattenelemente (6) auf der Eintrittsseite (7) des zweiten Fluids in den Kühlerblock (4) vorgesehen ist.

14. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus stapelartig übereinander angeordneten Plattenelementen (6) bestehende Kühlblock (4) in Stapelrichtung eine obere und eine untere Abdeckplatte (39) aufweist, welche komplanar zu den Plattenelementen (6) innerhalb des Gehäuses (70) angeordnet ist, das unterste und oberste Plattenelement (6) flüssigkeitsdicht abdeckt, und daß mindestens eine Abdeckplatte (39, 39′) entsprechend der Anzahl der in den Plattenelementen (6) ausgebildeten Öffnungen (30, 30′) mit Aushalsungen (35, 36) mit diesen korrespondierende Öffnungen (34) mit daran angeformten rohrförmigen Anschlußstutzen (14) ausbildet.

15. Wärmetauscher nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (9, 10, 70) mindestens zwei an den durch die Abkantungen (26, 27) gebildeten einander gegenüberliegenden Seitenflächen des Kühlblocks (4) flächig anliegende Seitenteile (9, 10, 70) umfaßt, die kraftschlüssig und wärmeleitend miteinander verbunden sind.

16. Wärmetauscher nach Anspruch 6 und Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenteile (70) Aufnahmenuten (71) für die flanschartigen Stützabschnitte (67) der Plattenelemente (6) ausbilden, und die Stützabschnitte (67) kraftschlüssig und wärmeleitend in den Aufnahmenuten (71) festgelegt sind.

17. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Stapelrichtung verlaufende Zugstäbe (74) vorgesehen sind, welche durch die Plattenelemente (6) und die Abdeckplatten (39, 39′) geführt und jeweils in dem Bereich komplementärer Durchtrittsöffnungen (75) flüssigkeitsdicht und kraftschlüssig mit diesen verbunden sind.

18. Wärmetauscher nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnungen Aushalsungen (75) ausbilden, deren Querschnittsform im wesentlichen der Querschnittsform der Zugstäbe (74) entspricht, und die Aushalsungen (75) entlang eines ringförmigen Längenabschnitts des Zugstabes an diesem anliegen.

19. Wärmetauscher nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugstäbe (74) stromlinienförmigen Querschnitt aufweisen.

20. Wärmetauscher nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckplatten (39, 39′) im wesentlichen senkrecht zur Plattenebene (24) ausgebildete Einrichtungen zur Profilversteifung (57) aufweisen.

21. Wärmetauscher nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Profilversteifung (57) Sicken oder andere geeignete, aus der Plattenebene (24) ragende werkstoffeinstückig geformte Gestaltgebungen der Abdeckplatten (39, 39′) sind.

22. Wärmetauscher nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (57) mit zunehmendem Abstand von den Seitenwänden ein größer werden des Widerstandsmoment gegen Biegung aufweisen.

23. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, insbesondere eines Ladeluftkühlers einer Brennkraftmaschine, der besteht aus:

- einem Gehäuse, in dem
- ein Kühlblock vorgesehen ist, welcher aus einer Mehrzahl in regelmäßigen Abständen komplanar zueinander angeordneter Plattenelemente dargestellt ist,
- die voneinander getrennte erste und zweite Kanäle für mindestens zwei am Wärmetausch beteiligte Fluide sowie mindestens
- ein Verteilerrohr, das zu- oder abstromseitig mit den ersten Kanälen verbunden und gegenüber den zweiten Kanälen abgedichtet ist, ausbilden, und
- die aus jeweils paarweise abdichtend miteinander verbundenen komplementär geformten Prägeabschnitten bestehen,
- die zwischen sich die ersten Kanäle mit mindestens einem Strömungspfad für ein erstes Fluid einschließen und
- die mit Einrichtungen zur Lenkung des Fluidstromes zwischen einem Einlaß und Auslaß versehen sind, und
- die zweiten Kanäle jeweils zwischen zwei benachbarten Plattenelementen dargestellt sind, wobei die zweiten Kanäle jeweils an zwei in Strömungsrichtung gegenüberliegenden Seiten offen und an den übrigen Seiten abgedichtet ausgebildet sind; und an den offen ausgebildeten Seiten am Kühlerblock
- ein Zu- und Abfuhrsystem für mindestens ein zweites Fluid angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß man
a) die Einzel-Baugruppen wie Plattenelemente (6), Lamellenplatten (50), Abdeckplatten (39, 39′) und Gehäuseteile (9, 10, 70) formt,
b₁) die Plattenelemente (6) und Lamellenplatten (50) abwechselnd zu dem Kühlblock (4) aufeinandergestapelt bzw. ineinandergesteckt,
b₂) die Seitenteile (9, 10, 70) an den Kühlblock (4) anlegt und
b₃) die Gehäuseteile (39, 39′) aufsteckt,
c) die formschlüssig zum Wärmetauscher (1) zusammengesetzten Einzelbauteile gesamthaft in einem Arbeitsgang flüssigkeitsdicht und kraftschlüssig aneinanderfügt.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet daß man im Verfahrensschritt

a) die Plattenelemente (6) jeweils aus einem Blechstück mittels Umformen herstellt, wobei die komplementär geformten Prägeabschnitte (16, 17) in einem ebenen Präge- bzw. Preßvorgang ihre endgültige Form erhalten, dann beide in einer Ebene ausgebildeten Prägeabschnitte entlang einer Biegelinie (15) relativ zueinander gebogen und in ihre komplementäre Lage aufeinander gebracht werden.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet daß man beim Präge- bzw. Preßvorgang zusätzlich Durchtrittsöffnungen (75) für Zugstäbe (74) in den Prägeabschnitten ausbildet und

b₄) Zugstäbe (74) in Stapelrichtung durch die Durchtrittsöffnungen (75) in den Plattenelementen (6) und dem Gehäuse (39, 39′) gesteckt werden.

26. Verfahren nach Anspruch 23 und 24, dadurch gekennzeichnet daß man in den Verfahrensschritten b₁) bis b₄) sämtliche Fügeflächen mit einem Fügezusatzmaterial versieht.

27. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet daß das Fügezusatzmaterial ein Lötmetall ist.

28. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet daß das Fügezusatzmaterial thermisch aushärtbarer Klebestoff ist.