DE19926052A1 - Wärmetauschereinheit - Google Patents

Wärmetauschereinheit

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmetauscheranordnung mit einem Ölkühler, dessen Strömungskanäle (4, 5) von zwei Wärmetauschermedien (6, 7) durchströmt werden. Der Wärmetauscher (1) ist hierbei mit einem Kühlmittel-Luft-Kühler (10) fluidisch mit zwei Anschlußstutzen (8, 8') verbunden. Das erste Wärmetauschermedium ist ein Kühlmittel (12), das den Wärmetauscher (1) passiert und die Wärme des zweiten Wärmetauschermediums (7), insbesondere Getriebeöl (13) oder Motoröl (14), einer Brennkraftmaschine ableitet. Durch die außenseitige Anbringung des Wärmetauschers (1) an den Kühlmittel-Luft-Kühler (10), insbesondere an dessen Kühlmittelkasten (15), ist der Wärmetauscher (1) in seiner Leistung, also in seinen Dimensionen, über weite Bereiche wählbar. Der Kühlmittelkasten ist hierbei flach gestaltbar, da er unabhängig von der Gestalt und Größe des Ölkühlers (1) ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmetauschereinheit der im Oberbe­ griff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
Aus der DE 195 11 991 A1 ist ein Plattenwärmetauscher mit einer Vielzahl aufeinandergestapelter Wärmetauscherplatten bekannt, wobei diese an ihren Rändern gas- bzw. flüssigkeitsdicht ver­ bunden sind und zwischen sich Strömungskanäle für zwei Wärme­ tauschermedien insbesondere Ladeluft und Kühlmittel einer Brennkraftmaschine bilden. Die zwei Wärmetauschermedien werden den Strömungskanälen über jeweils zwei Anschlußstutzen an An­ schlußplatten des Plattenwärmetauschers zugeführt.
Aus der DE 196 52 782 A1 ist die Anordnung eines nicht näher beschriebenen Wärmetauschers im Kühlmittelkasten eines Kühl­ mittel-Kühlers beschrieben. Ein solcher Wärmetauscher dient beispielsweise dazu, Getriebeöl oder Motoröl zu kühlen. Nach­ teilig hierbei ist, daß zur Unterbringung des Wärmetauschers im Kühlmittelkasten dieser entsprechend hoch ausgeführt werden muß. Der Innendruck im Kühlmittelkasten bewirkt im Betrieb eine Verbreiterung des Kühlmittelkastenfußes. Die dabei auftretenden Kräfte am Rohrboden überschreiten die Festigkeitsgrenzen des Rohrbodens.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmetauscher­ einheit der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Gattung zu schaffen, bei der ein Kühlmittel-Kühler und ein Ölkühler auf einfache Weise fluidisch verbunden sind und die Größe des Kühl­ mittelkastens unabhängig von der Größe und Gestalt des Ölküh­ lers ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Wärmetauschereinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Als Vorteile der Erfindung sind anzusehen, daß der Öl-Kühlmit­ tel-Wärmetauscher in seiner installierbaren Leistung durch Größe und Anzahl der Stapelscheiben unabhängig von dem Volumen des Kühlmittelkastens ist und daß keine Festigkeitsprobleme am Rohrboden oder am Kühlmittelkasten auftreten.
Als bevorzugte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes wird an­ gesehen, daß der Öl-Kühlmittel-Wärmetauscher als Stapelschei­ benkühler ausgebildet ist, wobei diesem über zumindest je zwei Anschlußstutzen die Wärmetauschermedien zu- und abgeführt wer­ den. Die Anschlußstutzen sind an gegenüberliegenden Enden des Wärmetauscherplattenstapels angeordneten Anschlußplatten ange­ bracht. Der Wärmetauscher ist hierbei an der Außenseite des Kühlmittelkastens eines Kühlmittel-Luft-Kühlers mit zwei An­ schlußstutzen für das Kühlmedium festgelegt, wobei sich eine solche Anordnung insbesondere für einen Querstromkühler eignet. Die Anschlußstutzen sind rohrförmig ausgebildet und tragen je ein Außengewinde und durchragen eine Seitenwand oder die Außen­ wand des Kühlmittelkastens des Kühlmittel-Luft-Kühlers. Auf die Außengewinde der Anschlußstutzen sind Befestigungsmuttern auf­ geschraubt und der Öl-Kühlmittel-Wärmetauscher mit diesen an der Seitenwand oder der Außenwand des Kühlmittelkastens befe­ stigt. Eine Schraubverbindung ist insbesondere vorteilhaft, wenn beispielsweise der Kühlmittelkasten aus Kunststoff und der Wärmetauscher aus Metall gebildet sind.
Zwischen den Anschlußstutzen im Kühlmittelkasten ist eine Trennwand angebracht, die für eine Zwangsdurchströmung des Kühlmittels durch den Öl-Kühlmittel-Wärmetauscher dient, wobei diese Trennwand vorzugsweise benachbart zu einem der Anschluß­ stutzen angeordnet ist. Im Bereich der Anschlußstutzen ist die Außenseite der Seiten- oder Außenwand des Kühlmittelkastens mit Rippen versehen, um die Auflagerkräfte der Anschlußstutzen bes­ ser in die Wandung des Kühlmittelkastens einzuleiten. Die Auf­ lagerkräfte resultieren hierbei zum einen aus Wärmedehnungen und zum anderen aus Massenträgheitskräften.
Die Abgangsrichtung für die Anschlußstutzen des zweiten Wärme­ tauschermediums kann nahezu beliebig gewählt werden, ebenso die Anzahl und Größe der Stapelscheiben des Wärmetauschers. Die An­ schlußstutzen für das zweite Wärmetauschermedium führen den Strömungskanälen beispielsweise Getriebeöl eines Automatikge­ triebes oder Motoröl einer Brennkraftmaschine zu. Denkbar ist als zweites Wärmetauschermedium auch Ladeluft.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 einen Kühlmittel-Luft-Kühler mit einem an der Wandung des Kühlmittelkastens angebrachten Öl-Kühlmittel-Wärme­ tauscher,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Öl-Kühlmittel-Wärme­ tauschers an einem Kühlmittelkasten und dessen Fluid­ ströme,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Kühlmittelkastens mit den Anschlußstutzen für den Öl-Kühlmittel-Wärme­ tauscher,
Fig. 4 einen Längsschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 3 durch den Kühlmittelkasten mit angebautem Öl-Kühlmit­ tel-Wärmetauscher.
Fig. 1 zeigt einen Kühlmittel-Luft-Kühler 10, wie er üblicher­ weise zur Kühlung einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs angewandt wird und zwar in der Bauart eines Querstromkühlers. Dieser besteht im wesentlichen aus einem Kühlerblock 27 mit ei­ nem Rohr/Rippen-System, welches beidseitig mit Kühlmittelkästen 15, 26 versehen ist. An den Kühlmittelkasten 15 ist ein erster Einlaß 28 und an den Kühlmittelkasten 26 ein erster Auslaß 29 für ein erstes Wärmetauschermedium 6, insbesondere Kühlmittel 12, angeformt. Das Kühlmittel 12 strömt vom Motorblock einer Brennkraftmaschine durch den Kühlmitteleinlaß 28 und den Kühl­ mittelblock 27 zum Kühlmittelauslaß 29. Ein Teilstrom des Kühl­ mittels 12 wird durch einen weiteren Wärmetauscher 1 geleitet, dem über den Anschlußstutzen 9 ein zweites Wärmetauschermedium 7, beispielsweise Getriebeöl oder Motoröl zugeführt und über den Anschlußstutzen 9' wieder abgeführt wird. Es handelt sich somit bei dem Wäremtauscher 1 um einen Öl-Kühlmittel-Wärme­ tauscher. Der Wärmetauscher 1 ist hierbei auf dem Boden 17 des Kühlmittelkastens 15 festgelegt. Der Kühlmittel-Luft-Kühler 10 ist mit Stützfüßen 30, 31 auf entsprechenden Trägern im Fahr­ zeug formschlüssig abgestützt und mittels an einem Halter 32 montierbaren Clip befestigt.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers 1 mit den Strömungsrichtungen des ersten Wärmetauschermediums 6 und des zweiten Wärmetauschermediums 7 in den Strömungskanälen 4 und 5. Der Wärmetauscher I ist mit einer ersten Anschlußplat­ te 21 an einer Wand 17 des Kühlmittelkastens 15 befestigt. An dem Kühlmittelkasten 15 ist ein erster Kühlmittelauslaß 29 für das erste Wärmetauschermedium 6, insbesondere ein Glykolgemisch angeformt, ebenso ein Stützfuß 31 und ein Halter 32. Der Wärme­ tauscher 1 ist aus Wärmetauscherplatten 2, welche an ihren Rän­ dem 3 gas- bzw. flüssigkeitsdicht verbunden sind, gebildet. Zwischen den Wärmetauscherplatten 2 sind Strömungskanäle 4 für ein erstes Wärmetauschermedium 6, das genannte Kühlmittel ge­ bildet. Zwischen den Wärmetauscherplatten 2 sind zudem Strö­ mungskanäle 5 für ein zweites Wärmetauschermedium 7, insbeson­ dere Getriebeöl oder Motoröl gebildet. Der Wärmetauscher 1 schließt an einem Ende 24 mit einer Anschlußplatte 21 und an seinem anderen Ende 23 mit einer Anschlußplatte 22 ab. Der Wär­ metauscher 1 besteht aus Metallpreßteilen, vorzugsweise aus Aluminium.
An der Anschlußplatte 22 des Wärmetauschers 1 sind zwei An­ schlußstutzen 9, 9' angeordnet. Über den Anschlußstutzen 9 wird das zweite Wärmetauschermedium 7 dem Wärmetauscher 1 zugeführt. Das zweite Wärmetauschermedium 7 durchströmt den Wärmetauscher 1 in den Strömungskanälen 5 und tritt an dem Anschlußstutzen 9' wieder aus dem Wärmetauscher 1 aus. Die von den unterschiedli­ chen Wärmetauschermedien beaufschlagten Wärmetauscherplatten 2 des Wärmetauschers 1 übertragen die Wärmeenergie auf das Kühl­ mittel, das seinerseits die Wärme an einen den Querstromkühler in Fig. 1 beaufschlagenden Kühlluftstrom abgibt. Zur Leistungs­ steigerung des Wärmeübergangs im Wärmetauscher 1 können in den Strömungskanälen 4 und 5 Elemente zur Vergrößerung der wärme­ übertragenden Oberfläche beispielsweise Wellrippen vorgesehen sein. Durch die Anbringung des Wärmetauschers 1 auf der Außen­ seite 11 des Kühlmittelkastens 15 kann der Wärmetauscher 1 im Hinblick auf die gewünschte Leistung in weiten Größenbereichen und in der Anzahl seiner Wärmetauscherplatten 2 variabel ge­ staltet werden.
Die Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Kühlmittel­ kastens 15 mit den Anschlußstutzen 8, 8', mit denen der Wärme­ tauscher 1 an einer Seitenwand 18 des Kühlmittelkastens 15 ver­ bunden ist. Der Kühlmittel-Luft-Kühler 10 und damit der Kühl­ mittelkasten 15 haben eine flache Form und der Kühlmittelkasten 15 trägt zur Aussteifung seiner Seitenwände 18 und seiner äuße­ ren Wand 17 Rippen 20. Die Seitenwände 18 des Kühlmittelkastens 15 sind im Bereich der Anschlußstutzen 8, 8' in Anlageflächen 33 für die Anschlußstutzen 8, 8' des Wärmetauschers 1 ausge­ formt. Von den Anlageflächen 33 gehen sternförmig Rippen 20 ab, um die Biegemomente, die von dem Wärmetauscher 1 hervorgerufen werden, in die Seitenwand 18 des Kühlmittelkastens 15 einleiten zu können. Der Rohrboden 25 des Kühlmittelkastens 15 ist durch seine verrippte Bauweise gegen den Einfluß von Querkräften, die durch den Innendruck im Kühlmittelkasten 15 entstehen, ausge­ steift.
Die Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch den Kühlmittelkasten 15 entlang der Linie A-A in Fig. 2 und schematisch den Wärme­ tauscher 1. Die Anschlußstutzen 8, 8' des Wärmetauschers 1 durchragen die Seitenwand 18 des Kühlmittelkastens 15 und sind mit Hilfe von Muttern 35 mit Eingriffsbohrungen 38 für ein Spannwerkzeug geklemmt. Die Anschlußstutzen 8, 8' und die Mut­ tern 35 tragen ein Feingewinde, da der verfügbare Bauraum im Kühlmittelkasten 15 gering ist. Die Abdichtung der Anschluß­ stutzen 8, 8' gegenüber der Seitenwand 18 des Kühlmittelkastens 15 wird durch je einen Dichtring 37 zwischen dem Ringflansch 40 der Anschlußstutzen 8, 8' vorgenommen. Der Ringflansch 40 weist hierfür eine ringförmige Nut 39 auf, die zu der Seitenwand 18 des Kühlmittelkastens 15 offen ist. In die Nut 39 ist der Dichtring 37 gelegt und gegen die Seitenwand 18 gepreßt.
Eine dünne Trennwand 36 ragt etwa orthogonal von der Seitenwand 18, an welcher der Wärmetauscher 1 angeflanscht ist, über den Querschnitt des Kühlmittelkastens 15 in dessen Innenraum 41. Die Trennwand 36 kann so bemessen sein, daß sie am Rohrboden zur Anlage kommt oder aber daß zwischen der Vorderkante der Trennwand 36 und dem Rohrboden eine Bypassöffnung gebildet wird. Die Trennwand 36 verursacht somit eine Kühlmittelströmung im Kühlmittelkasten 15, durch die zwangsläufig das erste Wärme­ tauschermedium 6 in den Wärmetauscher 1 durch den Anschlußstut­ zen 8 eintritt und durch den Anschlußstutzen 8' austritt. Der Wärmetauscher 1 kann an beliebiger Stelle des Kühlmittelkastens 15 angeordnet sein. Wird er weiter entfernt von dem ersten Kühlmitteleinlaß 28 angebracht, so ist damit eine größere Dif­ ferenztemperatur Δt des ersten Wärmetauschermediums 6 gegenüber dem zweiten Wärmetauschermedium 7 realisiert.

Claims (11)

1. Wärmetauschereinheit, bestehend aus einem Kühlmittel- Luft-Kühler (10) und einem Wärmetauscher (1), insbeson­ dere einem Öl-Kühler, der aus einer Vielzahl aufeinander­ gestapelter Wärmetauscherplatten (2) besteht, die an ih­ ren Rändern (3) gas- bzw. flüssigkeitsdicht verbunden sind und zwischen sich Strömungskanäle (4, 5) für zwei Wärmetauschermedien (6, 7) bilden und von der Gesamtheit der Strömungskanäle (4, 5) eine bestimmte Anzahl einem ersten Medium (6) zugeordnet und die übrigen Strömungska­ näle (5) von einem zweiten Medium (7) durchströmbar sind, wobei die Wärmetauschermedien (6, 7) den Strömungskanälen (4, 5) über jeweils zwei Anschlußstutzen (8, 8', 9, 9') zugeführt werden und der Wärmetauscher (1) mittels zwei Anschlußstutzen (8, 8') fluidisch mit dem Kühlmittel- Luft-Kühler (10) verbunden ist, indem die kühlmittelsei­ tigen Anschlußstutzen (8, 8') in einen Kühlmittelkasten (15) des Kühlmittel-Kühlers (10) hineinragen, so daß der Wärmetauscher (1) auf der Außenseite (11) des Kühlmittel- Luft-Kühlers (10) befestigt ist.
2. Wärmetauschereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Innenseite (16) des Kühlmittelkastens (15) Befestigungsmittel für den Wärme­ tauscher (1) vorgesehen sind.
3. Wärmetauschereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (1) an der äußeren Wand (17) des Kühlmittelkastens (15) angeordnet ist.
4. Wärmetauschereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (1) an ei­ ner Seitenwand (18) des Kühlmittelkastens (15) angeordnet ist.
5. Wärmetauschereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußstutzen (8, 8') mit je einem Ringflansch (40) an einer Anlagefläche (33) des Kühlmittelkastens (15) anliegen.
6. Wärmetauschereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringflansch (40) eine ringförmige zu dem Kühlmittelkasten (15) hin offene Nut (39) trägt und in die Nut (39) ein Dichtring (37) einge­ legt ist.
7. Wärmetauschereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenseite (19) der Seitenwände (18) und der äußeren Wand (17) des Kühlmit­ telkastens (15) Rippen (20) angeordnet sind.
8. Wärmetauschereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß um die Anlagefläche (33) an der Außenseite (19) des Kühlmittelkastens (15) Rippen (20) sternförmig angeordnet sind.
9. Wärmetauschereinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Befestigungsmittel je ei­ ne auf ein Außengewinde der Anschlußstutzen (8, 9) ge­ schraubte flache Mutter (35) vorgesehen ist.
10. Wärmetauschereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Strömungskanä­ le (4, 5), die dem ersten Medium (6) zugeordnet sind, um einen Strömungskanal größer ist als die Anzahl der dem zweiten Medium (7) zugeordneten Strömungskanäle (5) und jeweils im Wechsel aufeinanderfolgend ein Strömungskanal (4) für das erste Medium (6) und ein Strömungskanal (5) für das zweite Medium (7) angeordnet sind.
11. Wärmetauschereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste und eine zweite Anschlußplatte (21, 22) an den gegenüberliegenden Enden (23, 24) der gestapelten Wärmetauscherplatten (2) vorge­ sehen sind und die erste Anschlußplatte (22) die An­ schlußstutzen (8, 8') für das erste Medium (6) und die zweite Anschlußplatte (22) die Anschlußstutzen (9, 9') für das zweite Medium (7) trägt.
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