DE19750814C2 - Wärmetauscher, insbesondere Ölkühler, sowie Verfahren zur temperaturabhängigen Regelung des Wärmetauschers - Google Patents
Wärmetauscher, insbesondere Ölkühler, sowie Verfahren zur temperaturabhängigen Regelung des WärmetauschersInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere Ölkühler, mit den Merkmalen im Ober
begriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Regelung der Kühlleistung
des Wärmetauschers.
Der mit den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgebildete Wärmetauscher ist aus dem
US-4 669 532 bekannt. Der Wärmetauscher besitzt ein auf die Öltemperatur reagierendes Regel
ventil als Bimetall-Element, welches oberhalb einer vorbestimmten Öltemperatur den Strö
mungskanal für das Öl verschließt, um das Öl durch den Wärmetauscher hindurchzuleiten und zu
kühlen. Unterhalb der vorbestimmten Öltemperatur strömt das Öl ohne gekühlt zu werden über
einen Bypass ab, der sich im Deckel befindet. Hierbei handelt es sich um eine seit langem bekannte
Methode, die dazu beiträgt, daß das Öl sehr schnell die optimale Temperatur erreicht und daß
demzufolge auch die Startphase eines mit einem flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor
angetriebenen Fahrzeuges schnell überwunden wird. Ferner wird damit der Verstopfung des
Ölkühlers durch kaltes, zähflüssiges und zu Verklumpung neigendes Öl vorgebeugt.
Bei dem aus WO 94/29659 A1 bekannten Wärmetauscher hat der als Plattenwärmetauscher aus
geführte Ölkühler eine angelötete Adapterplatte und eine Befestigungsplatte, in der für den zuvor
beschriebenen Zweck (schnelle Erwärmung des Öles und Vermeiduung von Verstopfungen) ein auf
den Öldruck ansprechendes Ventil angeordnet wurde. Eine ähnliche Lösung ist aus der DE 39 23 936 A1
bekannnt.
Außerdem ist es bekannt, mittels auf die Öl- oder auch auf die Wassertemperatur ansprechende
Regelthermostate die Durchströmung des Kühlmittels durch den Ölkühler zu regeln und damit die
Leistung des Ölkühlers dem Bedarf entsprechend anzupassen. Die dafür vorgesehenen Regelther
mostate befinden sich gewöhnlich in den Leitungen zu oder vom Ölkühler und sind so ausgebildet,
daß sie unterhalb einer vorbestimmten Temperatur den Kühlmitteldurchsatz blockieren oder bis auf
einen geringen ständigen Bypassstrom reduzieren und oberhalb des vorbestimmten Temperatur
wertes den Kühlmitteldurchsatz von minimal bis maximal regeln können. Eine dafür vorgesehene
Thermostatventileinheit ist Gegenstand des nicht vorveröffentlichten Patents DE 196 37 818 C1.
Die Regelthermostate können zur weiteren Optimierung der Regelung gemäß letztgenanntem
Patent und auch gemäß EP 0 787 929 A2, so ausgebildet sein, daß der durch den Wärme
tauscher leitbare Kühlmittelstrom aus rückgekühlter und nicht rückgekühlter Kühlflüssigkeit
mischbar ist.
Die Anordnung der Regelthermostate in den Zu- oder Abflußleitungen - meist in separaten Ge
häusen mit Anschlüssen an die Leitungen - hat entsprechend hohen Aufwand für die Regelungs
technik zur Folge und auch für die Installation beispielsweise in einem Kraftfahrzeug.
Manche Regelthermostate - auch der aus dem genannten EP - sind mit einer elektrischen Behei
zung ausgestattet, die dazu geeignet ist, vorher erkennbare Betriebszustände, also beispiels
weise zu erwartende hohe Leistungsanforderungen an den Ölkühler derart zu entsprechen, daß
bereits vor Erreichen solcher Betriebszustände der Kühlmitteldurchsatz erhöht wird, indem durch
die elektrische Beheizung am Regelthermostat eine über der eigentlichen Öl- oder Kühlmitteltem
peratur liegende Temperatur eingestellt wird, die zu einer größeren Öffnung des Strömungsquer
schnittes für das Kühlmittel führt. Damit werden schädliche Temperaturspitzen abgebaut, deren
Entstehung darüber hinaus auch durch die relative Trägheit im Regelverhalten von Thermostaten
begünstigt ist. Die elektrische Beheizung trägt dazu bei, daß die Regelung ständig innerhalb opti
maler Temperaturgrenzen erfolgt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen gattungsgemäßen Wärmetauscher, insbesondere
Ölkühler und ein Verfahren zur temperaturabhängigen Regelung des Wärmetauschers zur Ver
fügung zu stellen, mit dem die Durchströmung des Wärmetauschers bzw. dessen Kühlleistung be
darfsgerecht, mit höherer Genauigkeit und mit relativ geringem Aufwand geregelt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einem Wärmetauscher der genannten Art erfindungsgemäß durch die
kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Die Ansprüche 2 bis 12 betreffen Varianten
und dienen der Erläuterung.
Das erfindungsgemäße Regelungsverfahren erfolgt mit den Merkmalen im Kennzeichen des An
spruches 13 und deren Spezifizierung in den Ansprüchen 14 und 15.
Durch dieses Verfahren ist die Genauigkeit der Regelung verbessert worden, weil die Temperatur
genau dort - unmittelbar im Wärmetauscher - aufgenommen und unmittelbar die Kühlmittelmenge
eingestellt wird, wo keine oder nur geringe Umgebungseinflüsse die Temperaturaufnahme ver
fälschen können.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn neben dem über die Öltemperatur gesteuerten Regelventil ein
zusätzliches über die Temperatur des Kühlmittels gesteuertes Bypassventil verwendet wird. Dieses
Ventil kann mittels Bimetall oder Memoryfeder oder mittels eines Thermostaten gesteuert werden
und ist so eingestellt, daß ab einer vorbestimmten Temperatur eines Mediums der Bypasskanal
vollständig geschlossen ist. Dabei ist das Regelventil über die Temperatur des zu kühlenden Medi
ums geregelt und das Bypassventil über die Temperatur des Kühlmittels. Wenn der Wärmetauscher
als Ölkühler in einem Fahrzeug eingesetzt ist, kann bei einem Kaltstart des Fahrzeuges mit dem
Bypassventil Einfluß auf die Verkürzung der Vorwärmphase ausgeübt werden, indem durch den
Bypass vorgewärmtes Kühlmittel geleitet wird. Anschließend kann das Bypassventil geschlossen
werden.
Das Regelventil und der das Ventil aufnehmende Deckel sind nach der Erfindung Teil des Wär
metauschers geworden, so daß der Wärmetauscher selbst die bedarfsgerechte Durchströmung
regelt. Der neue Wärmetauscher muß lediglich an die Zu- und Abströmleitungen angeschlossen
werden. Das eingebaute Regelventil hat einen solchen Regelbereich, wie er für den jeweiligen Ein
satzzweck erforderlich ist, so daß keine zusätzlichen Anschlüsse oder Einstellungen hinsichtlich der
kühlleistungsmäßigen Regelung vorgenommen werden müssen. Somit reduziert der erfindungs
gemäße Wärmetauscher darüber hinaus die Kosten für den Einbau, z. B. in ein Fahrzeug.
Vorzugsweise wird die Durchströmung des Kühlmittels geregelt.
Vorzugsweise erfolgt die Regelung aufgrund der Temperatur des zu kühlenden Mediums.
Die Regelung über die Öltemperatur, auf die, wie bereits angegeben, die Erfindung nicht
beschränkt sein soll, hat den Vorteil, daß nur bei direkter Kühlungsanforderung der Kühlmittelstrom
durch den Wärmetauscher geleitet wird. Deshalb ist der Medienanschluß an dem Deckel für das
Kühlmittel vorgesehen und das Regelventil ist über die Temperatur des zu kühlenden Mittels, bzw.
über die Öltemperatur geregelt, derart, daß das temperaturfühlende Organ des Regelventils sich in
den Ölkanal erstreckt und das den Strömungsquerschnitt des Strömungskanals in dem Deckel für
das Kühlmittel verändernde Organ des Regelventils in diesen Deckel ragt. Das in den Kanal
ragende Ventil hat den Vorteil, daß die Temperaturaufnahme dort in dem Kanal die Regelung ge
nauer macht als eine Temperaturaufnahme, die an einer weiter entfernten Stelle aufgenommen
wird, wo sich die Temperatur schon wieder verändert haben könnte.
Der Deckel ist ähnlich einer nach unten offenen Kappe ausgebildet und wird von oben beispiels
weise auf die Deckplatte eines gehäuselosen Plattenwärmetauschers aufgesetzt und dichtet dabei
mindestens um einen Ein- oder Auslauf des Kühlmittels und um das Regelventil herum nach außen
ab. Die Erfindung ist nicht nur bei gehäuselosen Plattenwärmetauschern (Anspruch 9) sondern
genauso vorteilhaft bei den Wärmetauschern einzusetzen, die von einem Gehäuse umgeben sind.
(Anspruch 10)
Der Deckel hat in einem Ausführungsbeispiel mindestens zwei nach unten offene stutzenartige
Aufnahmen, die innen mit geeigneten Dichtungen versehen und durch einen Strömungskanal ver
bunden sind. Eine derartige Aufnahme ist für das Regelventil vorgesehen und die andere für den
Ein- oder Auslauf des Mediums. Beide stutzenartige Aufnahmen sind gleichzeitig selbst auch
Strömungskanal. Ferner ist der Deckel mit einem Medienanschluß versehen.
Eine andere Ausführungsform des Deckels hat zwei Medienanschlüsse, einen Einlaß und einen
Auslaß und eine dazwischen verlaufende Trennwand im Deckel, um Einlaß-Strömungskanal vom
Auslaß-Strömungskanal abzuschotten. Darüber hinaus sind insgesamt mindestens drei stutzenar
tige Aufnahmen an der nach unten offenen Deckelseite angeordnet. Eine davon für das Regelventil,
eine für den Einlaß in den Wärmetauscher und die andere für den Auslaß aus demselben.
Der Deckel besteht vorzugsweise aus Metall oder Kunststoff.
Zur Befestigung des Regelventiles, beispielsweise im Ölkanal des Wärmetauschers, ist der Ölkanal
gegenüber dem Medienanschluß, beispielsweise einem Anschlußstutzen, mit einer Aufnahme
ausgerüstet, die ebenfalls stutzenartig ausgebildet ist. Bei einem gelöteten Wärmetauscher kann
dieser Aufnahmestutzen gleich mit angelötet werden. In diesem Aufnahmestutzen ist das Re
gelventil abdichtend befestigt, so daß kein Öl aus dem Ölkanal in den vom Kühlmittel durchflos
senen Deckel gelangen kann. Dazu besitzt das Regelventil zwei sich um den Umfang erstreckende
Dichtungen. Die Dichtungen sind mit einem Abstand übereinander angeordnet - eine davon zur
Kühlmittelseite hin und die andere zur zu kühlenden Medienseite (Ölseite) hin. Innerhalb dieses
Abstandes ist im Aufnahmestutzen eine Durchgangsbohrung angebracht, die in Verbindung nach
außerhalb des Wärmetauschers ist. Diese an und für sich bekannte Art der Abdichtung dient der
Absicherung gegen Undichtigkeiten und gegen Vermischung der beiden Medien. Wenn eine der
beiden genannten Dichtungen undicht werden sollte, tritt eines der Medien, beispielsweise
entweder Öl oder Wasser nach außerhalb wodurch die Undichtigkeit erkannt werden kann bevor
die Vermischung passiert. Wenn ein elektrisch beheiztes Regelventil, ein Regelthermostat, einge
setzt werden soll, kann die vorstehend genannte Durchgangsbohrung sehr einfach und günstig zur
Führung der Heizleitung genutzt werden.
Bei einer anderen Ausführungform hat das Regelventil einen Abschnitt, der ein Außengewinde auf
weist, mit dem das Regelventil in die ein Innengewinde aufweisende Aufnahme eingeschraubt ist.
Das Regelventil besitzt einen käfigartigen Teil, (Gehäusekäfig) beispielsweise in der Form eines
Kegelstumpfes, das oben, an der größeren, offenen Seite vom Ventilteller verschließbar ist. Der
Ventilteller ist verbunden mit dem temperaturaufnehmenden Teil, beispielsweise mit der Kolben
stange eines Wachsthermostaten und ist demzufolge entsprechend der anliegenden Temperatur
stufenlos zwischen der offenen und der geschlossenen Stellung bewegbar. Innerhalb des käfigarti
gen Teiles befindet sich eine Druckfeder, die oben am käfigartigen Teil und unten am Fußpunkt der
Kolbenstange abgestützt ist. Die Öffnungsbewegung erfolgt gegen die Kraft der Druckfeder und die
Schließbewegung wird durch die Druckfeder herbeigeführt oder unterstützt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen. Ferner gehen Merkmale
und Wirkungen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die ebenfalls erfindungswesentlich
sein könnten.
Die Erfindung wird in Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 Plattenwärmetauscher mit Regelventil im Ölkanal
Fig. 2 Plattenwärmetauscher mit Regelventil und zusätzlichem Bypassventil
Fig. 3 Plattenwärmetauscher mit Regelventil im Kühlmittelkanal und mit Bypasskanal
Fig. 4 Variante zu Fig. 2 mit zwei Thermostaten
Fig. 5 Wärmetauscher mit Gehäuse und Regelventil
Fig. 6 Draufsicht auf Wärmetauscher, bei dem die Medien im Gegenstrom fließen
Fig. 7 Variante zu Fig. 6 mit Medienfluß im Gleichstrom
Der sogenannte gehäuselose Wärmetauscher 1 (Ölkühler) besteht in aus dem Stand der Technik
bekannter Weise aus mehreren ineinandergestapelten Wärmetauscherplatten. Das Plattenpaket ist
oben von einer Deckplatte 18 und unten von einer Grundplatte 18 begrenzt. Die Kanäle 2 für den
Ölaustritt und 3 für den Öleintritt und die nicht gezeigten Kanäle 9 und 13 für das Kühlwasser
durchbrechen den Plattenstapel. Die Ölkanäle 2 und 3 stehen mit den horizontalen Strömungs
kanälen 11 und die Kühlwasserkanäle 9 und 13 mit den Strömungskanälen 10 in Verbindung. Die
übereinander angeordneten Strömungskanäle 10 und 11 wechseln sich ab. Am Ölaustritt befindet
sich ein Anschluß 7, der als Auslaßstutzen 19 ausgebildet ist. Am Öleintritt ist der entsprechende
Einlaßstutzen mit 20 bezeichnet worden. Auf der Deckplatte 18 an dem nur herausgebrochen
gezeichneten Kanal 9 für das Kühlwasser ist ein Einlaßstutzen 21 angeordnet. Der andere Kühl
wasserkanal 13, der ebenfalls einen Auslaßstutzen aufweisen könnte, wurde nicht gezeichnet.
Am Kanal 2, gegenüber dem Medienanschluß 7, ist in der Deckplatte 18 eine Aufnahme 8 vorgese
hen, die als Aufnahmestutzen 14 ausgebildet ist. Der bis hierher beschriebene Wärmetauscher 1 ist
in diesem Ausführungsbeispiel als komplett gelöteter Wärmetauscher hergestellt worden.
In dem Aufnahmestutzen 14 befindet sich das Regelventil 6, ein thermostatisch geregeltes Ventil,
dessen Einzelheiten weiter unten noch ausführlich beschrieben sind. Das temperaturfühlende Teil
des Regelventils 6, der Thermostat 31 selbst, erstreckt sich teilweise in den Ölkanal 2, um die
Öltemperatur an dieser Stelle aufnehmen zu können. Der Thermostat 31 ist von zwei Dichtungen
15 und 16 umgeben. Die Dichtung 15 dichtet nach oben, zum Kühlwasser hin ab und die Dichtung
16 nach unten, zur Ölseite. Der Aufnahmestutzen 14 hat in seiner Wandung, etwa in der Mitte
zwischen den beiden Dichtungen 15 und 16, eine Durchgangsbohrung 17. Die Durchgangsbohrung
17 steht in Verbindung nach außerhalb des Wärmetauschers 1 und zwar hier in Fig. 1 wurde ein
kleiner Abstand zwischen der senkrechten Begrenzungswand des Deckels 4 und der Deckplatte 18
des Wärmetauschers 1 eingehalten. Außerdem ist das Regelventil 6 selbstverständlich in nicht
näher gezeigter Weise so in dem Aufnahmestutzen 14 befestigt, daß es dem Druck auf der Ölseite
standhalten kann.
Der Deckel 4 in Fig. 1 hat nach unten, zur Deckplatte 18 hin zwei stutzenartige Aufnahmeöffnungen
und zwar die linke stutzenartige Aufnahme 23, die das Regelventil 6 mit dem Aufnahmestutzen 14
umfaßt und die rechte stutzenartige Aufnahme 22, die den Kühlwasserkanal 9 mit dem Anschluß
stutzen 21 umfaßt. Dazwischen angeordnete Dichtringe 24 und 25 sorgen für entsprechende Ab
dichtung nach außen. Beide stutzenartige Aufnahmen 22 und 23 dienen als Strömungskanal und
stehen mit dem Strömungskanal 5 innerhalb des Deckels 4 in Verbindung. Darüber hinaus weist
der Deckel 4 an der linken Seite einen Medienanschluß 12 auf, der hier als Anschlußstutzen aus
gebildet ist. Unmittelbar angrenzend an diesen Anschlußstutzen befindet sich das oben bereits
teilweise beschriebene Regelventil 6. In dem Thermostat 31 befindet sich eine Kolbenstange 26,
die aufgrund der durch Erwärmung verursachten Ausdehnung des Stoffes innerhalb des Thermo
staten 31 herausgedrückt wird. Die Kolbenstange 26 ist verbunden mit dem die Veränderung des
Strömungsquerschnittes unmittelbar herbeiführenden Teil, nämlich über eine im Zentrum des rota
tionssymmetrischen Ventiltellers 27 angeordnete Stange 32, die als Verlängerung der Kolben
stange 26 angesehen werden kann. Am Fußpunkt der Stange 32, dort wo die Verbindung von
Stange 32 und Kolbenstange 26 angeordnet ist, befindet sich das eine Widerlager für die Druck
feder 29. Stange 32, Druckfeder 29 und das genannte Widerlager sind von einem kegelstumpfför
migen Gehäusekäfig 28 eingeschlossen. Als Gehäusekäfig 28 ist auch eine solche Ausführung zu
verstehen, die lediglich zwei Streben aufweist, mittels derer die obere und untere Öffnung verbun
den sind. Der Gehäusekäfig 28 ist an seiner unteren kleineren Öffnung mit dem Thermostaten 31
verbunden, während die obere, größere Öffnung von dem Ventilteller 27 abgedeckt ist. Ferner be
sitzt die größere Öffnung einen nach innen gerichteten Rand oder dergleichen, geeignet dazu, das
obere Widerlager der Druckfeder 29 zu bilden.
Um den äußeren Rand der oberen, größeren Öffnung befindet sich ein weiterer Dichtring 30, der für
eine ausreichende Abdichtung zur stutzenartigen Aufnahme 23 innerhalb des Deckels 4 sorgt.
Die Arbeitsweise des Ölkühlers mit dem eingebauten Regelventil 6 ist wie folgt: Bei kaltem Öl hat
das Regelventil 6 die in Fig. 1 gezeichnete Stellung, d. h. der Ventilteller 27 hält die obere Öffnung
des Gehäuseskäfiges 28 geschlossen. Das Öl wird in dieser Stellung nicht gekühlt und kann sich
deshalb sehr schnell auf Betriebstemperatur erwärmen.
Die Erwärmung kann nach den später folgenden Ausführungsbeispielen noch beschleunigt werden,
wenn vorgewärmte Kühlflüssigkeit über einen Bypass durch den Ölkühler geleitet wird.
Nachdem sich das Öl auf eine Temperatur erwärmt hat, die einen Wärmeaustausch mit dem Kühl
wasser erfordert, spricht der Thermostat 31 an und fährt den Kolben 26 aus, was dazu führt, daß
der Ventilteller 27 gegen die Kraft der Druckfeder 29 nach oben bewegt wird und dabei die obere
Öffnung des Gehäuseskäfiges 28 mehr und mehr freigibt, wodurch die hindurchströmende Kühl
wassermenge erhöht wird.
Bei hoher Temperatur des Öles ist eine hohe Leistung des Ölkühlers erforderlich, die mittels einer
hohen Kühlmittelmenge erreicht wird. Sinkt die Öltemperatur wieder auf einen niederen Wert, wird
sich der Kolben 26 durch die Kraft der Druckfeder 29 wieder in Richtung Schließstellung bewegen
und die Kühlmittelmenge bzw. die Kühlleistung reduzieren.
Eine beispielhafte Ausführung mit einem Bypass 33 wurde in Fig. 2 dargestellt. Um der Über
sichtlichkeit zu dienen, wurden hier nur die Bezugszeichen der Bauteile angegeben, die den Unter
schied zur Fig. 1 ausmachen. Im Gehäusekäfig 28 sind Durchbrechungen 37 vorgesehen. Der mit
33 bezeichnete Bypass ist als Durchgangsbohrung am oberen Ende der stutzenartigen Aufnahme
23 angeordnet. In dem gezeichneten Zustand kann bei geschlossenem Regelventil 6 vorgewärmtes
Kühlwasser durch die Durchbrechungen 37 über den Bypass 33 in den Ölkühler strömen. Mit 34 ist
allgemein ein Bimetall-Element bezeichnet worden, dessen Schließteil oberhalb des Bypasses 33
angeordnet ist. Das Bimetall-Element 34 ist hier in einer separaten Öffnung 35 des Deckels 4
gelagert und mit einer geeigneten Dichtung 36 nach außen abgedichtet worden. Sollte nun für
einen speziellen Einsatzfall der ständige Bypassstrom nicht erwünscht sein oder nicht in das Ge
samtkonzept einer Fahrzeugkühlung passen, kann das Bimetall-Element 34 so eingestellt sein, daß
der Bypass 33 geschlossen wird, wenn sich das Regelventil 6 dem maximalen Öffnungsgrad nähert.
Die Art der Bypassausbildung mit dem Bimetall-Element 34 ist nur als beispielhaft zu betrachten.
Jede andere, den Zweck erfüllende Ausführung könnte hier zum Einsatz kommen. Auch die
Zusammenwirkung von mittels Öltemperatur gesteuertem Regelventil 6 und mittels Wassertem
peratur gesteuertem Bimetall-Element 34 kann den Bedürfnissen angepaßt werden. Um den By
paßstrom beispielsweise nur als Aufheizstrom für sehr kaltes Öl oder als Auftaustrom zu nutzen,
ließe sich das Bimetall-Element 34 so einstellen, daß der Bypass schon bei relativ niedrigen Tem
peraturen geschlossen wird.
Ebenfalls nur das Prinzip einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform ist beispielsweise in
Fig. 4 dargestellt worden, bei der ein zweiter Thermostat 39 zum Einsatz kommt, der hier in dem
nach unten abgedichteten Raum 38 zwischen den beiden stutzenartigen Aufnahmen 22 und 23
angeordnet wurde. Der Raum 38 hat eine Einströmöffnung 40 und eine Ausströmöffnung 41. Durch
die Einströmöffnung 40 kann das Kühlmittel einströmen und den Thermostaten 39 aktivieren. Der
Thermostat 39 sperrt die Ausströmöffnung 41 entsprechend der eingestellten Kühlmitteltemperatur
ab.
In Fig. 3 wurde eine Variante dargestellt, bei der sich das Regelventil 6 im Kühlmittelkanal 9 befin
det, also eine nach der Temperatur des Kühlmittels gesteuerte Variante. Hier ist es von Vorteil,
wenn ein ständig geöffneter Bypass 33 vorgesehen wird, der neben seiner bereits beschriebenen
Zweckbestimmung dazu dient, daß der Thermostat 31 ständig von einem Kühlwasserstrom um
strömt wird. Das Kühlwasser strömt durch den Medienanschluß 12 ein, gelangt durch den Bypass
33 und über den Strömungskanal 5 zum Anschlußstutzen 21, weiter in den Kanal 13 und über den
Kanal 9 zum Wasserauslaß. Auf der Ölseite wurde hier nur der Anschlußstutzen 7 und ein Teil des
Kanales 2 (herausgebrochen) dargestellt. Bemerkt werden soll noch, daß hinsichtlich der Ab
dichtung des Regelventiles 6 in der Aufnahme 8 eine billigere Variante angewendet werden könnte,
weil beidseitig der Dichtung Kühlwasser strömt.
Fig. 5 zeigt einen Wärmetauscher 1 bekannten Typs mit einem Gehäuse 42, an dem die Erfindung
verwirklicht ist. Der Wärmetauscher 1 hat einen Öleintritt (Medienanschluß 20) und einen Ölaustritt
(Medienanschluß 7) an einer Seite. Der Öleintritt ist am Kanal 3 angeschlossen und der Ölaustritt
am Kanal 2. Beide Kanäle 2; 3 durchbrechen die horizontalen Strömungskanäle 11 für das Öl und
stehen mit diesen in Verbindung. Die Strömungskanäle 10, die dazwischen angeordnet sind (nicht
gezeigt) sind für das Kühlmittel gedacht, die mit den Kanälen 9 und 13 in Verbindung sind, die
durch das Gehäuse 42 gebildet werden. Dieses Gehäuse 42 umfaßt den gesamten Wärmetauscher
1 und weist einen Einlaßstutzen und einen Auslaßstutzen für das Kühlmittel auf, die beide das Be
zugszeichen 21 haben. Im Kanal 2 befindet sich das Regelventil 6 und ist in bereits beschriebener
Art befestigt. Der Deckel 4 weist einen Kühlmittelanschluß 12 auf, schließt den Strömungskanal 5
ein und hat die stutzenartige Aufnahme 22, die den Einlaßstutzen 21 für das Kühlmittel aufnimmt
und die stutzenartige Aufnahme 23, die das Regelventil 6 aufnimmt.
Die Fig. 6 und 7 zeigen das Prinzip verschiedener Varianten hinsichtlich der Anordnung der Ein- und
Auslässe und deren Verbindung durch den Deckel 4 in der Draufsicht. In Fig. 7 ist der Deckel 4
etwa diagonal über dem Wärmetauscher 1 angeordnet und schließt den Ölkanal 2 und den
Kühlmittelkanal 13 ein. Das Regelventil 6 wurde im Ölkanal 2 angeordnet. Wie vorne bereits
angegeben, könnte sich das Regelventil 6 auch im Ölkanal 3 befinden. Die Anordnung im Ölkanal
2, der der Auslaßkanal ist, hat den Vorteil, daß die dort vorhandene Temperatur in vielen Fällen den
wichtigsten Parameter darstellt. Angedeutet ist eine Memory-Feder 34 und eine Bypassbohrung 33.
Eine Memory-Feder hat gegenüber dem Bimetall-Element den Vorteil, daß damit innerhalb enger
Temperaturgrenzen zwischen "zu" und "auf" geschaltet werden kann. Die Fig. 6 unterscheidet sich
lediglich dadurch von der Fig. 7, daß der Ölkanal 2 und der Kühlmittelkanal 13 nicht diagonal
gegenüberliegen sondern in benachbarten Eckbereichen angeordnet sind. Dadurch strömen in Fig.
7 Kühlmittel und Öl im Gleichstrom und in Fig. 6 im Gegenstrom.
Eine Reihe anderer Anschlußvarianten sind möglich und hängen von den örtlichen Einbauzwängen
ab.
Nicht extra dargestellt, aber anhand der Fig. 6 und 7 gut verständlich, wurde die vorne genannte
Variante, bei der der Deckel 4 neben dem Medienanschluß 12 für den Einlaß einen weiteren Me
dienanschluß 12 für den Auslaß des Kühlmittels aufweist. In diesem Fall wäre dann der Deckel 4 so
ausgebildet, daß er auch noch den Kühlmittelkanal 13 einschließt und würde ein Schott aufweisen,
um beide Seiten voneinander zu trennen.
1
Wärmetauscher
2
Ölkanal (Austritt)
3
Ölkanal (Eintritt)
4
Deckel
5
Strömungskanal
6
Regelventil
7
Medienanschluß (Öl)
8
Aufnahme
9
Kühlmittelkanal (Eintritt)
10
horizontaler Strömungskanal (Kühlmittel)
11
horizontaler Strömungskanal (Öl)
12
Medienanschluß am Deckel (
4
)
13
Kühlmittelkanal (Austritt)
14
Aufnahmestutzen
15
Dichtung, oben
16
Dichtung, unten
17
Durchgangsbohrung
18
Deck- und Grundplatte
19
Anschlußstutzen, Ölauslaß
20
Anschlußstutzen, Öleinlaß
21
Anschlußstutzen, Kühlmitteleinlaß
22
eine stutzenartige Aufnahme im Deckel (
4
)
23
zweite stutzenartige Aufname im Deckel (
4
)
24
eine Dichtung
25
andere Dichtung
26
Kolbenstange
27
Ventilteller
28
Gehäusekäfig
29
Druckfeder
30
weitere Dichtung
31
Thermostat, temperaturaufnehmender Teil
32
Stange
33
Bypass
34
Bimetall-Element oder Memory-Feder
35
Öffnung
36
Dichtung
37
Durchbrüche im Gehäusekäfig
38
Raum
39
Thermostat
40
Einströmöffnung
41
Ausströmöffnung
42
Gehäuse
Claims (15)
1. Wärmetauscher, insbesondere Ölkühler (1) des Typs mit mindestens zwei voneinander
getrennten Strömungskanälen (10; 11) für verschiedene Medien, die von Kanälen (2; 3) für den Zu-
und Abfluß eines Mediums durchbrochen sind und mit entsprechenden Anschlüssen an diesen
Kanälen und mit Kanälen (9; 13) für das andere Medium sowie mit einem am Wärmetauscher
angeordneten Deckel (4), der nach außen abgedichtet ist, einen Strömungskanal (5) ausbildet und
ein temperaturgeregeltes Ventil (6) sowie den dazugehörigen Kanal abdeckt,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Deckel (4) zusätzlich einen Kühlmittelkanal (9) einschließt, mindestens einen Kühlmit telanschluß (12) aufweist und zum Wärmetauscher (1) hin mit stutzenartigen Aufnahmen (22; 23) ausgebildet ist, zur Aufnahme und Abdichtung des Regelventiles (6) und des Kühlmittelkanales (9),
daß der Strömungskanal (5) für das Kühlmittel vorgesehen ist
und daß das Regelventil (6) in einer Aufnahme (8) am Ölkanal (2 oder 3) oder am Kühlmittelkanal (13) angeordnet ist, so daß damit die Größe des Strömungsquerschnittes des Strömungskanales (5) und dadurch die Kühlleistung des Wärmetauschers (1) regelbar ist.
daß der Deckel (4) zusätzlich einen Kühlmittelkanal (9) einschließt, mindestens einen Kühlmit telanschluß (12) aufweist und zum Wärmetauscher (1) hin mit stutzenartigen Aufnahmen (22; 23) ausgebildet ist, zur Aufnahme und Abdichtung des Regelventiles (6) und des Kühlmittelkanales (9),
daß der Strömungskanal (5) für das Kühlmittel vorgesehen ist
und daß das Regelventil (6) in einer Aufnahme (8) am Ölkanal (2 oder 3) oder am Kühlmittelkanal (13) angeordnet ist, so daß damit die Größe des Strömungsquerschnittes des Strömungskanales (5) und dadurch die Kühlleistung des Wärmetauschers (1) regelbar ist.
2. Wärmetauscher, insbesondere Ölkühler, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Regelventil (6) mit dem temperaturfühlenden Teil (31) in den Ölkanal (2 oder 3), vorzugsweise in
den Ölaustrittskanal (2) ragt und der die Größe des Strömungsquerschnittes des Strömungskanales
(5) regelnde Teil (Gehäuse 28, Ventilteller 27) des Regelventiles (6) im vom Deckel (4) gebildeten
Raum des Wärmetauschers (1) angeordnet und in der stutzenartigen Aufnahme (23) abgedichtet
ist.
3. Wärmetauscher, insbesondere Ölkühler, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das
Regelventil (6) aufnehmende Aufnahme (8) innerhalb eines Öl- oder Kühlmittelkanales (2 oder 3
oder 13) ausgebildet ist.
4. Wärmetauscher, insbesondere Ölkühler, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Aufnahme (8) als Aufnahmestutzen (14) ausgebildet ist, der am Ölaustrittskanal (2) angelötet ist.
5. Wärmetauscher, insbesondere Ölkühler, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Ölaustrittskanal (2) einen Aufnahmestutzen (14) aufweist, in dem das Regel
ventil (6) befestigt ist und der Kühlmitteleintrittskanal (9) einen Aufnahmestutzen (21) aufweist und
daß zwischen den Aufnahmestutzen (14, 21) und den stutzenartigen Aufnahmen (22; 23) Dichtun
gen (24, 25) angeordnet sind, die den Deckel (4) nach außen abdichten.
6. Wärmetauscher, insbesondere Ölkühler, nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gek
ennzeichnet, daß der Deckel (4) einen Kühlmittelanschluß (12) für den Einlaß und einen weiteren
Kühlmittelanschluß für den Auslaß sowie eine dazwischen angeordnete Schottwand aufweist und
zum Wärmetauscher (1) hin neben den stutzenartigen Aufnahmen (22; 23) für das Regelventil (6)
(Aufnahmestutzen (14)) und den Kühlmittelkanal (9) (Aufnahmestutzen (21)) noch eine weitere
stutzenartige Aufnahme für den Kühlmittelkanal (13) umfaßt.
7. Wärmetauscher, insbesondere Ölkühler, nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das
Regelventil (6) in dem Aufnahmestutzen (14) mit zwei übereinander angeordneten Dichtungen
(15; 16) versehen ist und daß im Aufnahmestutzen (14) eine zwischen den Dichtungen (15; 16)
angeordnete Duchgangsbohrung (17) vorgesehen ist, die den Raum zwischen den Dichtungen (15;
16) mit der Außenseite des Wärmetauschers (1) verbindet.
8. Wärmetauscher, insbesondere Ölkühler, nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gek
ennzeichnet, daß das Regelventil (6) einen mit einen Außengewinde versehenen Abschnitt aufweist
und in den mit einem Innengewinde versehenen Aufnahmestutzen (14) oder der Aufnahme (8)
eingeschraubt ist.
9. Wärmetauscher, insbesondere Ölkühler, nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gek
ennzeichnet, daß der Wärmetauscher (1) als gehäuseloser Plattenwärmetauscher mit in
einandergestapelten und getrennte horizontale Strömungskanäle (10; 11) bildende Wärmetauscher
platten aufgebaut ist, der unten und oben von einer Grund- bzw. Deckplatte (18) abgeschlossen ist
und mit den Plattenstapel durchsetzenden, mit den Strömungskanälen (10 oder 11) in Verbindung
stehenden Kanälen (2; 3; 9; 13), die Medienanschlüsse (19; 20; 21) aufweisen.
10. Wärmetauscher, insbesondere Ölkühler, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Wärmetauscher (1) von einem Gehäuse (42) umgeben ist, das die Kühlmittel
kanäle (9; 13) ausbildet und mit dem Zulauf und dem Ablauf für das Kühlmittel in Verbindung ist,
welches durch die horizontalen Strömungskanäle (11) strömt, die von den Ölkanälen (2; 3)
durchbrochen werden, die über die zwischen den Strömungskanälen (11) angeordneten horizon
talen Strömungskanäle (10) in Strömungsverbindung stehen.
11. Wärmetauscher, insbesondere Ölkühler, nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Regelventil (6) aus einem Thermostaten (31) besteht, der mit einem
kegelstumpfförmigen Gehäusekäfig (28) verbunden ist, in den die Kolbenstange (26) hineinragt, die
über eine Stange (32) mit dem Ventilteller (27) gekoppelt ist und daß eine Druckfeder (29) innerhalb
des Gehäusekäfiges (28) angeordnet ist, die oben im Gehäusekäfig (28) und unten, am Ende der
Stange (32), abgestützt ist.
12. Wärmetauscher, insbesonder Ölkühler, nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gek
ennzeichnet, daß innerhalb der Deckels (4) ein Bypass (33) mit einem Bypassventil (34) angeordnet
ist, das von der Temperatur des Kühlmittels geregelt ist.
13. Verfahren zur temperaturabhängigen Regelung der Kühlleistung eines Wärmetauschers, insbe
sondere eines Ölkühlers, bei dem die Öltemperatur innerhalb eines von einem Deckel (4) einge
schlossenen Raumes des Wärmetauschers (1) gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß
die Temperatur des Öles in einem der Ölkanäle (2 oder 3) des Wärmetauscher (1) mittels eines
Regelventiles (6) aufgenommen wird und daß mittels desselben Regelventils (6) die den Wärme
tauscher (1) durchströmende Kühlmittelmenge geregelt wird.
14. Verfahren zur Regelung der Kühlleistung, nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das
Regelventil (6) über die Temperatur des Öles im Ölaustrittskanal (2) und ein weiteres Bypassventil
(34) über die Temperatur des Kühlmittels im Deckel (4) geregelt wird.
15. Verfahren zur Regelung der Kühlleistung, nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das
Kühlmittel geregelte Bypassventil (34) geschlossen wird, wenn die Vorwärmphase des Öles ab
geschlossen ist.
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Owner name: MODINE MANUFACTURING CO., RACINE, WIS., US |
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Representative=s name: WOLTER, K., ING., PAT.-ASS., 18069 ROSTOCK |
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D2 | Grant after examination | ||
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