DE19750748A1 - Plattenwärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher, insbesondere einen Öl-Kühlmittel-Kühler für Verbrennungskraftmaschinen, mit mehreren aufeinander gestapelten, wannenförmigen Wärmetauscherplatten, welche einen Plattenboden und einen umlaufenden, abgewinkelten Bord aufweisen und mit Durchtrittsöffnungen für die Fluide versehen sind, wobei der umlaufende Bord der einen Wärmetauscherplatte am umlaufenden Bord der benachbarten Wärmetauscherplatte anliegt und mit diesem stoffschlüssig, insbesondere verlötet ist, und der Plattenboden absatzfrei in den Bord übergeht.

Ein derartiger Plattenwärmetauscher ist z. B. aus der EP 623 798 A2 bekannt. Dieser Wärmetauscher weist eine Vielzahl von Wärmetauscherplatten auf, die aufeinander gestapelt sind, so daß sich deren Borde zumindest teilweise überlappen. Die einzelnen Wärmetauscherplatten werden miteinander verbunden, indem die Plattenpakete in einem Vakuumofen miteinander verlötet werden. Dabei wird das Lot der plattierten Wärmetauscherplatten aufgeschmolzen, wobei jedoch damit gerechnet werden muß, daß Oxideinschlüsse entstehen. Außerdem haben große Überlappungsbereiche im Allgemeinen den Nachteil, daß sie lange Ausgaswege besitzen, so daß es bei der Verlötung unter Umständen zu Gaseinschlüssen kommen kann. Ferner besitzen große Überlappungsbereiche den Nachteil, daß sich Bauteiltoleranzen gravierend auf die Spaltverhältnisse auswirken, da unter Umständen eine optimale Anlage der Borde zueinander nicht mehr gewährleistet ist.

Aus der EP 742 418 A2 ist ein Plattenwärmetauscher bekannt geworden, bei dem versucht wurde diese Nachteile dadurch zu lösen, daß der Plattenboden über einem Absatz in den Bord übergeht. Werden die einzelnen Wärmetauscherplatten aufeinander gestapelt, dann liegt der Plattenboden der einen Wärmetauscherplatte im Absatz der benachbarten unteren Wärmetauscherplatte, so daß auf diese Weise relativ kleinflächige Überlappungsbereiche bzw. kurze Ausgasungswege entstehen. Der im Anschluß an den Absatz nach außen abragende Bord spielt keine Rolle bei der Verlötung der einzelnen Wärmetauscherplatten.

Aus der EP 258 236 B1 und der EP 551 545 A1 ist ein Plattenwärmetauscher bekannt geworden, bei dem die Wärmetauscherplatten einen mehrfach abwechselnd abgewinkelten Bord aufweisen, so daß dieser absatzartige Anlageflächen besitzt. Auf diese Absätze wird, wie bei der EP 742 418 A2 der Plattenboden der benachbarten Wärmetauscherplatten aufgesetzt, so daß eine definierte Anlage zweier benachbarter Wärmetauscherplatten gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ausgehend von der EP 623 798 A2 einen Plattenwärmetauscher bereitzustellen, welcher einen relativ einfachen Aufbau aufweist und bei dem die Gefahr von fehlerhaften Lötstellen verringert ist sowie sich Toleranzen bei den Wärmetauscherplatten weniger gravierend auswirken.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Bord eine stetige oder unstetige Krümmung aufweist und die Krümmung von der Wärmetauscherplatte ausgehend schräg nach außen gerichtet ist und stets nur in eine Richtung weist.

Der erfindungsgemäße Plattenwärmetauscher weist also Wärmetauscherplatten auf, welche einen Bord besitzen, der sich absatzfrei an den Plattenboden anschließt und der nicht eben sondern gekrümmt ist. Dabei verläuft die Krümmung stets in eine Richtung, nämlich von innen nach außen, so daß sie die Wärmetauscherplatte öffnet. Durch den nach außen gekrümmten Bord wird der Vorteil erzielt, daß die Überlappungsbereiche einander benachbarter Borde relativ kurz sind, wodurch die Anpresskräfte beim Verlöten sich stärker auswirken, als bei großen Überlappungsbereichen. Aufgrund dieses kleineren Fügespalts werden die Ausgasungswege verkürzt und aufgrund der höheren Fügekräfte entstehen größere Reibungskräfte während des Lötprozesses, wodurch zum einen das Lot besser verdrängt wird, zum anderen Oxidschichten zuverlässiger aufgerissen werden. Ein weiterer Vorteil wird darin gesehen, daß durch den gekrümmten Bord die gesamte Wärmetauscherplatte an sich eine größere Stabilität aufweist und Bauteiltoleranzen, Maßabweichungen und Fügefehler sich nicht mehr so nachteilig auf die Lötverhältnisse auswirken, da die Berührfläche zweier Borde wesentlich geringer ist.

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, daß der Übergangsbereich vom Plattenboden zum Bord der einen Wärmetauscherplatte an der Innenfläche des Bords der benachbarten Wärmetauscherplatte anliegt. Die Lötverbindung befindet sich also im Übergangsbereich vom Plattenboden zum Bord, so daß die durch den Innendruck im Plattenwärmetauscher entstehenden Kräfte wesentlich besser aufgefangen werden können als von Lötverbindungen, die sich am freien Ende des Bords befinden. Durch die verbesserte Druckstabilität ist der Plattenwärmetauscher durchweg sicherer.

Bei einer Variante ist vorgesehen, daß benachbarte Borde in Richtung ihrer freien Längskanten divergieren. Auf diese Weise kann während des Lötprozesses das verdrängte Lot leicht aus dem Lötspalt entweichen und sammelt sich in Form einer Hohlkehle im divergierenden Bereich der Borde an.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß bei einem stetig gekrümmten Bord der Krümmungsradius konstant ist. Es sind jedoch auch stetig gekrümmte Borde denkbar, bei denen der Krümmungsradius variiert, insbesondere vom Plattenboden zur freien Längskante abnimmt. Auf diese Weise öffnet sich der Spalt zweier benachbarter Borde kontinuierlich.

Bei einem unstetig gekrümmten Bord ist wenigstens eine, in Längsrichtung des Bords verlaufende Knicklinie vorgesehen. Bevorzugt befinden sich am Bord zwei Knicklinien, über welche der Bord immer weiter nach außen ausgestellt wird. Die Krümmung verläuft dabei jedoch immer in einer Richtung.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung zwei besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten und in der Beschreibung sowie in den Ansprüchen erwähnten Merkmalen jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers;

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Wärmetauscherplatte;

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Bord einer Wärmetauscherplatte gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;

Fig. 4 einen Schnitt durch einen Bord einer Wärmetauscherplatte gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel; und

Fig. 5 einen Schnitt durch mehrere aufeinander gestapelte Wärmetauscherplatten gemäß Fig. 4, die miteinander verlötet sind.

Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen insgesamt mit 1 bezeichneten Plattenwärmetauscher, der nur zum Teil dargestellt ist. Erkennbar sind mehrere übereinander gestapelte Wärmetauscherplatten 2, zwischen denen sich Turbulenzeinlagen 3 (die lediglich andeutungsweise dargestellt sind) befinden. Diese Turbulenzeinlagen 3 haben die Aufgabe, den Abstand zwischen zwei benachbarten und an der Turbulenzeinlage 3 anliegenden Wärmetauscherplatten 2 einzustellen und sicherzustellen. Die Wärmetauscherplatten 2 weisen einen Plattenboden 4 und einen umlaufenden Bord 5 auf. Dieser Bord 5 schließt sich absatzfrei an den Plattenboden 4 an, d. h., der Übergangsbereich 6 besteht lediglich aus einer Abwinklung. Außerdem ist deutlich erkennbar, daß sich die Borde 5 der beiden unteren Wärmetauscherplatten 2 über eine Bordberührfläche 7 berühren, an welche sich ein Bordauslauf 8 anschließt, der einen Abstand 9 zum benachbarten Bord 5 aufweist. Der Bordauslauf 8 ist deutlich ausgestellt, d. h. er entfernt sich vom benachbarten Bord 5.

In Fig. 1 ist außerdem erkennbar, daß die oberste Wärmetauscherplatte 2 verkantet auf der darunterliegenden Wärmetauscherplatte 2 aufliegt. Der Bord 5 dieser obersten Wärmetauscherplatte 2 liegt über eine Bordberührfläche 7' am Bord 5 der darunter liegenden Wärmetauscherplatte 2 an, wobei die Höhe der Bordberührfläche 7' in etwa der Höhe der üblichen Bordberührfläche 7 entspricht. Außerdem befinden sich diese Bordberührflächen 7 und 7' in unmittelbarer Nähe des Übergangsbereichs 6 vom Plattenboden 4 in den Bord 5. Die in der Fig. 1 dargestellten Borde 5 sind stetig nach außen gekrümmt, so daß sich die Wärmetauscherplatten 2 nach oben kontinuierlich öffnen.

Die Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf eine Wärmetauscher­ platte 2 und es sind deutlich der umlaufende Bord 5 und Durchtrittsöffnungen 13 und 14 für die Fluide erkannbar. Die Durchtrittsöffnungen 14 werden von kreisrunden Löchern im Plattenboden 4 gebildet. Die Durchtrittsöffnungen 13 weisen einen Rand 15 auf, der sich vom Plattenboden 4 ausgehend nach oben ersteckt und dann in Richtung auf die Durchtrittsöffnung 13 abgewinkelt ist. Dieser Z-förmig verlaufende Rand 15 liegt an der Unterseite des Plattenbodens 4 der darüberliegenden Wärmetauscherplatte 2 an und ist mit dieser verlötet. Die gleich ausgebildeten Wärmetauscherplatten 2 werden derart aufeinandergestapelt, daß die Durchtrittsöffnungen 13 abwechselnd auf der einen und auf der anderen Seite sich befinden. Die Durchtritts­ öffnung 13 fluchtet dann mit der Durchtrittsöffnung 14 der anliegenden Wärmetauscherplatte 2. Auf diese Weise wird die Möglichkeit geschaffen, das Fluid der einen Wärmetauscher­ platte 2 unter Umgehung einer Wärmetauscherplatte 2 in die übernächste Wärmetauscherplatte 4 überzuleiten.

Die Fig. 3 zeigt einen Bord 5 einer anderen Ausführungsform einer Wärmetauscherplatte 2, welcher eine Knicklinie 10 aufweist, so daß der Bordauslauf 8 nach außen stärker ausgestellt ist als der Rest des Bords 5. Der Bordauslauf 8 weist gegenüber der Vertikalen einen Winkel α von 35° auf, wohingegen der Rest des Bords über einen Winkel β von z. B. 9,5° zur Vertikalen geneigt ist.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 wird der Bord 5 von drei Abschnitten 5.1, 5.2 und 5.3 gebildet. Die Winkel dieser Abschnitte 5.1, 5.2 und 5.3 gegenüber der Vertikalen betragen etwa 7,5° für den Abschnitt 5.1, 12° für den Abschnitt 5.2 und 33° für den Abschnitt 5.3. Werden derart ausgebildete Wärmetauscherplatten 2 übereinander gestapelt (Fig. 5) und miteinander verlötet, dann entsteht im Bereich der Bordberührfläche 7 eine relativ hohe Reibungskraft, über welche Oxidationsoberflächen im Lot aufgerissen werden und auf diese Weise eine optimale Verlötung erzielt wird. Das Lot 11 wird aus dem Lötspalt ausgequetscht und sammelt sich in Form einer Hohlkehle 12 zwischen zwei benachbarten Borden 5 an. Eine derartige Lotverbindung, die relativ nah am Übergangsbereich 6 liegt, kann sehr hohe Kräfte aufnehmen und bietet eine verbesserte Sicherheit bei hohen Innendrücken.

Derartige Plattenwärmetauscher bieten eine höhere Prozeßsicherheit und somit eine bessere Qualität bei weniger Nacharbeit und geringerem Mehraufwand.

Claims (9)

1. Plattenwärmetauscher (1), insbesondere Öl-Kühl­ mittel-Kühler für Verbrennungskraftmaschinen, mit mehreren aufeinander gestapelten, wannenförmigen Wärmetauscherplatten (2), welche einen Plattenboden (4) und einen umlaufenden, abgewinkelten Bord (5) aufweisen und mit Zufuhr- und Abfuhröffnungen für die Fluide versehen sind, wobei der umlaufende Bord (5) der einen Wärmetauscherplatte (2) am umlaufenden Bord (5) der benachbarten Wärmetauscherplatte (2) anliegt und mit diesem stoffschlüssig verbunden, insbesondere verlötet ist, und der Plattenboden (4) absatzfrei in den Bord (5) übergeht, dadurch gekennzeichnet, daß der Bord (5) eine stetige oder unstetige Krümmung aufweist und die Krümmung von der Wärmetauscherplatte (2) stets nach außen gerichtet ist.

2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsbereich (6) vom Plattenboden (4) zum Bord (5) der einen Wärmetauscherplatte (2) an der Innenfläche des Bords (5) der benachbarten Wärmetauscherplatte (2) anliegt.

3. Plattenwärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Borde (5) in Richtung ihrer freien Längskanten divergieren.

4. Plattenwärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem stetig gekrümmten Bord (5) der Krümmungsradius konstant ist.

5. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem stetig gekrümmten Bord (5) der Krümmungsradius variiert, insbesondere vom Plattenboden (4) zur freien Längskante abnimmt.

6. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem unstetig gekrümmten Bord (5) wenigstens eine, insbesondere zwei in Längsrichtung des Bords (5) verlaufende Knicklinien (10) vorgesehen sind.

7. Plattenwärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bord (5) nach außen ausgestellt ist.

8. Plattenwärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Wärmetauscherplatte (2) mit wenigstens einer Turbulenzeinlage (3) bestückt ist.

7. Plattenwärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenzeinlage (3) als Abstandshalter für benachbarte Wärmetauscherplatten (2) dient.