DE19805439A1 - Verfahren zur Herstellung eines Stapelscheibenwärmeübertragers und dadurch hergestellter Wärmeübertrager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stapelscheibenwärmeübertragers insbesondere eines Ölkühlers für einen Kraftfahrzeugmotor, bei dem identisch ausgebildete schalenförmige Scheiben zur Bildung aneinandergrenzender Kam­ mern aufeinandergestapelt werden, wobei dem Stapel auf seiner randlosen Seite eine Grund- und Befestigungsplatte und auf der anderen Seite eine den Abmessungen der Stapelscheiben an­ gepaßte Abschlußplatte zugeordnet wird, die mit Anschlußstut­ zen für die Zu- und Abfuhr eines Kühlmittels, insbesondere des Kühlmittels des Motors ausgerüstet wird, ehe die Verlö­ tung des gesamten Stapels stattfindet. Die Erfindung betrifft auch einen durch ein solches Verfahren hergestellten Stapel­ scheibenwärmeübertrager.

Stapelscheibenwärmeübertrager, die aus aufeinander gestapel­ ten wannen- oder schalenförmigen Scheiben bestehen, deren um­ laufende Ränder aneinander anliegen und dicht miteinander verlötet werden, sind bekannt (EP 0 623 798 A2). Bei der Her­ stellung solcher Stapelscheibenwärmeübertrager, die insbeson­ dere als Ölkühler verwendet werden, tritt das Problem auf, daß es nicht einfach ist, eine lötgerechte Aufeinanderstape­ lung der Abschlußplatte mit ihren Anschlußstutzen an den üb­ rigen Stapelscheiben zu erreichen. Alle Teile müssen nämlich so aneinander anliegen, daß bei der anschließenden Behandlung im Lötofen an allen Stellen eine dichte Verbindung eintritt.

Insbesondere dann, wenn die Abschlußplatte mit gebogenen An­ schlußrohrstutzen versehen werden muß, weil sonst bei der Montage keine Anschlußmöglichkeiten für die das Kühlmittel führenden Schläuche vorliegt, tritt das Problem auf, daß die in der auf die Stapelscheiben aufgesetzten Abschlußplatte zu haltenden Anschlußstutzen sich verdrehen oder verkippen kön­ nen, was entweder wegen der fehlenden Ausrichtung der An­ schlußstutzen oder wegen Undichtheit zu Ausschuß führen kann. Das lötgerechte Stapeln der Teile solcher Stapelscheibenwär­ meübertrager ist daher aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Herstellungs­ verfahren für solche Stapelscheibenwärmeübertrager zu verein­ fachen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren der ein­ gangs genannten Art vorgeschlagen, die Anschlußstutzen und die Abschlußplatte vor dem Verlöten zu einer Baueinheit da­ durch zu verbinden, daß an der Befestigungsstelle eine mecha­ nische Verformung eines Bereiches des Anschlußstutzens und oder der Aufnahmeöffnung der Abschlußplatte soweit vorgenom­ men wird, daß die Anschlußstutzen mechanisch fest und unver­ drehbar mit der Abschlußplatte verbunden sind.

Die auf diese Weise geschaffene Baueinheit zwischen Abschluß­ platte und Anschlußstutzen läßt sich dann, weil die Abmessun­ gen der Anschlußplatte in der Regel auf jene der Stapelschei­ ben abgestimmt sind, in einfacher Weise in den hochstehenden Rand der obersten Stapelscheibe einsetzen, ohne daß noch be­ sondere Vorkehrungen zur Ausrichtung der Lage der Anschluß­ stutzen getroffen werden müssen.

In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen werden, daß die Anschlußstutzen mit mindestens einem ringförmigen Flansch versehen werden, der durch axialen Druck gegen eine Gegenflä­ che an der Öffnung der Abschlußplatte gedrückt und so durch Reibschluß an dieser gesichert ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Wärmeübertra­ ger mit verschiedener Ausgestaltung herstellen. In Weiterbil­ dung der Erfindung ist es dabei für einen Wärmeübertrager, der nach dem Verfahren der Erfindung hergestellt, zweckmäßig, wenn der Flansch, der beispielsweise senkrecht zur Achse des Anschlußstutzens stehen kann, mit einer unter einem Winkel zur Achse des Anschlußstutzens verlaufenden Hinterschneidung versehen ist, in die bei der Herstellung der Baueinheit zwi­ schen Anschlußplatte und Anschlußstutzen der Rand der Öffnung in der Anschlußplatte durch den Druck radial hereingepreßt ist.

Es ist aber auch möglich, bei einem Wärmetauscher den Flansch durch eine Sicke im Anschlußstutzen zu bilden, welcher mit einem umgebördelten Endflansch am freien Ende des Anschluß­ stutzens zusammenwirkt, wobei zwischen diesem Endflansch und der Sicke der Rand der Öffnung in der Abschlußplatte aufge­ nommen wird. Bei einer solchen Ausführungsform kann zwischen der Sicke und dem Öffnungsrand auch eine ringförmige Löt­ scheibe eingefügt sein, die mitverpreßt wird und beim an­ schließenden Lötvorgang dann das Lötmaterial zur Abdichtung zwischen Sicke und Abschlußplatte zur Verfügung stellt.

Bei dieser Ausführungsform kann der Endflansch des Anschluß­ stutzens in eine Öffnung der ersten, an die Abschlußplatte angrenzenden Stapelscheibe hereinragen, er kann aber auch den Rand dieser Öffnung überlappen und mit diesem nach dem Verlö­ ten dicht verbunden sein.

In den Zeichnungen ist die Erfindung anhand von Ausführungs­ beispielen dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungs­ gemäßen Stapelscheibenölkühlers mit zwei gebogenen Anschlußstutzen für das Kühlmittel,

Fig. 2 die obere Abschlußplatte des Stapelscheibenölküh­ lers der Fig. 1, die als Baueinheit mit den An­ schlußstutzen hergestellt ist,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung eines Schnittes durch den Anschlußbereich zwischen Abschlußplatte und ei­ nem der Anschlußstutzen, wobei in der rechten Hälf­ te der Fig. 3 Anschlußstutzen und Abschlußplatte im Zustand des Zusammenfügens zu der Baueinheit nach Fig. 2, in der linken Hälfte dagegen im auf die oberste Stapelplatte nach Fig. 1 aufgesetzten Zu­ stand gezeigt sind,

Fig. 4 eine Darstellung ähnlich Fig. 3, jedoch bei einer abgewandelten Ausführungsform und

Fig. 5 eine Darstellung nach Fig. 3, jedoch bei einer wei­ teren Ausführungsform.

Die Fig. 1 zeigt, daß ein Ölkühler für einen Kraftfahrzeugmo­ tor durch das Aufeinanderstapeln von mehreren gleich ausge­ bildeten schalenförmigen Scheiben 1 bzw. 2 gebildet ist, wo­ bei in bekannter Weise jeweils der von den Schalen 1 bzw. 2 gebildete spaltförmige Innenraum als Kammer dient, die entwe­ der von einem Kühlmittel, oder von dem zu kühlenden Öl durch­ strömt ist. Die zwischen den Kammern liegenden Wände der schalenförmigen Scheiben dienen zur Wärmeübertragung zwischen den benachbarten Kammern, wobei jede Kammer in bekannter Wei­ se auch mit einer Turbulenzeinlage versehen sein kann, welche eine turbulente Durchströmung und damit eine Erhöhung des Wärmeübergangs bewirkt. Der innere Aufbau dieses Stapelschei­ benkühlers entspricht dem Stand der Technik, beispielsweise nach der EP 0 623 798, auf den insofern verwiesen wird.

Auf die unterste Stapelscheibe 1b ist eine Grund- und Befe­ stigungsplatte 3 aufgesetzt, die mit Zu- und Ablauföffnungen für das zu kühlende Öl versehen ist. Diese Grund- und Befe­ stigungsplatte läßt sich über die Befestigungsöffnungen 4 an dem Block des Motors befestigen, dessen Öl gekühlt werden soll.

Auf die oberste Stapelplatte 1a, deren umlaufender Rand in bekannter Weise nach oben steht, wird die Abschlußplatte 5 so aufgesetzt, daß diese mit ihrem Rand 5a in den schalenförmi­ gen Rand der obersten Stapelplatte 1a hereinragt, so daß sie in relativ einfacher Weise in dem Stapel gesichert ist.

Die Abschlußplatte 5 ist mit zwei Anschlußstutzen 6 und 7 versehen, von denen einer als Zuflußstutzen und der andere als Abflußstutzen für das Kühlmittel dient, das in bekannter Weise dem Motorkühlwasser entnommen ist.

Die beiden Stutzen 6 und 7 sind in einer bestimmten räumli­ chen Anordnung in die Abschlußplatte 5 eingesetzt, was anhand von Fig. 3 noch erläutert werden wird, in der die Art der Be­ festigung der Anschlußstutzen an der Abschlußplatte 5 am Bei­ spiel des Anschlußstutzens 6 erläutert ist.

Um die Schwierigkeiten der Ausrichtung dieser Stutzen beim Aufeinanderstapeln der Stapelscheiben 1, 2 und der daraufge­ setzten Abschlußplatte 5 zu vermeiden, ist erfindungsgemäß gemäß Fig. 2 aus dieser Abschlußplatte 5 und den Anschluß­ stutzen 6 und 7 eine Baueinheit gebildet, die sich dann, wie vorher angedeutet, in sehr einfacher Weise oben auf den Sta­ pel der Scheiben 1 und 2 aufsetzen läßt, ehe der ganze Stapel in einem Lötofen dicht untereinander verlötet wird.

Die Fig. 2 und 3 lassen erkennen, daß jeder Stutzen mit einer umlaufenden Sicke 8 versehen ist, die den äußeren Anschlag des Anschlußstutzens 6 - analog des Anschlußstutzens 7 - an dem haubenartig nach innen gezogenen Rand 9 der Abschlußplat­ te 5 bildet, wogegen der innere Abschluß nach dem Einsetzen des Anschlußstutzens 6 in die Öffnung 10 durch einen nach au­ ßen gebördelten Flansch 11 gebildet wird. Der Rand 9 der Öff­ nung 10 in der Abschlußplatte 5 wird daher auf einer Seite von dem Flansch 11 und auf der anderen Seiten von der Sicke 8 eingefaßt. Beim Ausführungsbeispiel ist zwischen der Sicke 8 und dem Rand 9 eine Scheibe 12 aus Lötmaterial eingefügt.

Ist dieser Montagevorgang zwischen Anschlußstutzen und Ab­ schlußplatte 5 durchgeführt worden, dann wird ein Druck auf die Sicke 8 und den Flansch 11 im Sinn der Pfeile 13 ausge­ übt, so daß es zu einem Verpressen und Verquetschen des Ran­ des 9 mit der Lötscheibe 12 zwischen Sicke 8 und Flansch 11 kommt. Die ausgeübte Druckkraft, die im Sinne der Pfeile 13 wirkt, wird dabei so groß gewählt, daß ein ausreichender Rei­ bungsschluß zwischen dem Stutzen 6 und dem Rand 9 der Ab­ schlußplatte 5 erreicht wird, der ausreicht, um eine nachfol­ gende Lageänderung des Anschlußstutzens 6 gegenüber der Ab­ schlußplatte 5 zu verhindern. Die Fig. 2 zeigt daher eine me­ chanisch fest verbundene Baueinheit zwischen den Anschluß­ stutzen 6 und 7 einerseits und der Abschlußplatte 5 anderer­ seits. Diese Baueinheit wird dann, wie vorher angedeutet, auf den Stapel der Scheiben 1 und 2 aufgesetzt, so daß dann an­ schließend die Verlötung erfolgen kann. Schwierigkeiten bei der Ausrichtung der Anschlußstutzen 6 und 7 ober bei der Bei­ behaltung dieser Ausrichtung während des Stapelns und Verlö­ tens bestehen daher nicht.

Fig. 3 zeigt im übrigen, daß auch die Stapelscheiben 1 und 2 und damit auch die oberste Stapelscheibe 1a im Bereich ihrer Zuflußöffnung 14 mit einem haubenartig nach oben gewölbten Rand 15 versehen ist, der zum einen das Stapeln der Scheiben untereinander, zum anderen aber auch das Aufsetzen der Ab­ schlußscheibe 5 erleichtert. Beim dargestellten Ausführungs­ beispiel liegt der Rand 15 der Öffnung 14 unterhalb des Flan­ sches 11 und wird daher von diesem überlappt. Beim Verlöten tritt daher auch eine dichte Verbindung zwischen dem Rand 15 und dem Flansch 11 ein.

Die Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform einer Bau­ einheit zwischen einer Abschlußplatte 5' und einem Anschluß­ stutzen 6' insofern, als hier dieser Rand 15 der obersten Scheibe 1a' nicht von dem Flansch 11' überlappt wird, so daß eine dichte Verbindung unmittelbar zwischen dem Rand 9' der Abschlußscheibe 5' und dem Rand 15' der obersten Scheibe 1a' erreicht wird. Die Herstellung der Baueinheit erfolgt im üb­ rigen in gleicher Weise durch Verpressen des Flansches 11' und der Sicke 8' gegenüber dem Rand 9' in der Abschlußplatte 5'.

Eine weitere Ausführungsform zur Herstellung einer Baueinheit zwischen einer Abschlußplatte 5'' und einem Anschlußstutzen 6'' ist in Fig. 5 gezeigt. Hier läßt die rechte Hälfte der Fig. 5 erkennen, daß der Rand 9'' der Anschlußöffnung der Abschlußplatte 5'' auf einem Absatz 16 eines rechtwinklig zu der Achse 17 des Anschlußstutzens 6'' abragenden Flansches 11'' aufliegt, der eine radial nach innen gerichtete Hinter­ schneidung 18 aufweist, die unter einem Winkel α am Flansch 11'' angebracht ist. Wie die rechte Hälfte der Fig. 5 zeigt, ist die Höhe des zwischen dem Absatz 16 und der Oberkante 19 des Flansches 11'' gebildeten hinterschnittenen Teiles klei­ ner als die Dicke des Randes 9'' der Abschlußplatte 5''. Zur Herstellung der Baueinheit zwischen Anschlußstutzen 6'' und Abschlußplatte 5'' wird daher wieder eine Druckkraft in Rich­ tung der Pfeile 13 auf den Bereich des Randes 9'' und des Flansches 11'' ausgeübt, und zwar so lange, bis sich der ge­ strichelt eingekreiste Berührungsbereich zwischen Flansch 11'' und Rand 9'' soweit verformt, daß die Stärke des Randes 9'' der Höhe zwischen dem Absatz 16 und der Oberkante 19 des Flansches 11'' entspricht, wie das auf der linken Seite der Fig. 5 dargestellt ist. Durch die Ausübung einer solchen Druckkraft wird das gequetschte Material des Randes 9'' radi­ al nach innen in den hinterschnittenen Bereich hereinge­ drückt, so daß, wie links in Fig. 5 gezeigt ist, eine form- und kraftschlüssige Verbindung zwischen Flansch 11'' und Ab­ schlußplatte 5'' gebildet ist, die wiederum erlaubt, daß die so hergestellte Baueinheit auf die oberste Stapelplatte 1a des Stapels aufgesetzt wird, ehe dieser, in der Form nach Fig. 1 zusammengesetzt, in den Lötofen kommt. Die Herstellung einer Baueinheit zwischen Abschlußplatte 5, 5', 5'' und den Anschlußstutzen erlaubt daher eine sehr viel einfachere Mon­ tage und Handhabung, als sie bisher möglich war.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung eines Stapelscheibenwärme­ übertragers, insbesondere eines Ölkühlers für einen Kraft­ fahrzeugmotor, bei dem identisch ausgebildete schalenförmige Scheiben (1, 2) zur Bildung aneinandergrenzender Kammern auf­ einandergestapelt und dem Stapel auf seiner randlosen Seite eine Grund- und Befestigungsplatte (3) und auf der anderen Seite eine den Abmessungen der Stapelscheiben angepaßte Ab­ schlußplatte (5) zugeordnet wird, die mit Anschlußstutzen (6, 7) für die Zu- und Abfuhr eines Kühlmittels, insbesondere des Kühlmittels des Motors, ausgerüstet wird, ehe die Verlötung des gesamten Stapels stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußstutzen (6, 7) und die Abschlußplatte (5) vor dem Verlöten zu einer Baueinheit dadurch verbunden werden, daß an der Befestigungsstelle (9, 11) eine mechanische Verformung eines Bereiches des Anschlußstutzens (6) und/oder der Aufnah­ meöffnung (10) der Abschlußplatte soweit vorgenommen wird, daß die Anschlußstutzen mechanisch fest und unverdrehbar mit der Abschlußplatte verbunden sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußstutzen (6, 7) mit mindestens einem ringförmigen Flansch (8, 11, 11'') versehen sind, der durch axialen Druck gegen Gegenflächen der Öffnung (10) der Abschlußplatte (5) gedrückt und so gesichert ist.

3. Wärmeübertrager, der nach dem Verfahren der Ansprüche 1 oder 2 hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (11'') mit einer unter einem Winkel (α) zur Achse (17) des Anschlußstutzens (6'') verlaufenden Hinterschneidung (18) versehen ist, in die der Rand (9'') der Öffnung durch den Druck (13) radial hereingepreßt ist.

4. Wärmeübertrager der nach dem Verfahren der Ansprüche 1 oder 2 hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch durch eine Sicke (8) im Anschlußstutzen (6, 6') ge­ bildet ist und mit einem umgebördelten Endflansch (11, 11') am freien Ende des Anschlußstutzens (6, 6') zusammenwirkt, wobei zwischen Sicke und Endflansch der Rand (9, 9') der Öff­ nung in der Abschlußplatte (5, 5') eingesetzt ist.

5. Wärmeübertrager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen Sicke (8, 8') und Öffnungsrand (9, 9') eine ringförmige Lötscheibe (12) eingefügt ist.

6. Wärmeübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Endflansch (11') des Anschlußstutzens (6') in eine Öffnung der ersten an die Abschlußplatte (5') angrenzen­ den Stapelscheibe (1a) hereinragt.

7. Wärmeübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Endflansch (11) den Rand (15) der Öffnung in der ersten Stapelscheibe (1a) überlappt und mit dieser nach dem Verlöten dicht verbunden ist.