DE19939264A1 - Plattenwärmeübertrager - Google Patents

Abstract

Plattenwärmeübertrager in Stapelbauweise sehen zur Bildung der Zu- und Abflußkanäle nach einer Seite abragende Stutzen vor, die mit einem parallel zum Boden der benachbarten Scheibe verlaufenden, nach innen gebogenen Rand versehen sind, wobei der den Stutzen bildende Kragen so weit vom Plattenboden absteht, daß der nach innen stehende Rand am benachbarten Scheibenboden anliegen kann. Diese Ausgestaltung verringert die Wärmeübertragungsfläche. DOLLAR A Es wird vorgesehen, anstelle von nur nach einer Seite abragenden Stutzen mit umgebogenen Rand nun nach beiden Seiten abstehende Kragen vorzusehen, die jeweils konisch ausgebildet sind und beim Ineinanderstapeln von identisch ausgebildeten Kragen, aber jeweils um 180 verdreht zueinander aufeinandergesetzten Scheiben ineinandergreifen und so eine einfache Verlötung trotz einfacher Handhabbarkeit ermöglichen. DOLLAR A Verwendung für Ölkühler von Kraftfahrzeugmotoren.

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmeübertrager, insbe­ sondere einen Ölkühler für Verbrennungskraftmaschinen, beste­ hend aus mehreren identisch und schalenförmig ausgebildeten Scheiben, die jeweils um 180° zueinander verdreht aufeinander gestapelt sind, mit ihren Rändern aneinander anliegen und zur Bildung der Zu- und Abfuhrkanäle für die Wärmeübertragungsme­ dien mit abragenden Stutzen versehen sind, die sich an einer zugeordneten Fläche der benachbarten Scheibe anlegen.

Plattenwärmeübertrager dieser Art sind aus der DE 196 54 365 A1 bekannt. Dabei bestehen die nach einer Seite abragenden Stutzen jeweils aus einem von der Scheibenfläche senkrecht abragenden Kragen, dessen freier Rand nach innen umgebogen ist und eine umlaufende Ringfläche bildet, die sich beim Auf­ einanderstapeln der Scheiben an den Rand einer in der Schei­ benfläche der benachbarten Scheibe angeordneten Öffnung an­ legt. Da die Scheiben anschließend untereinander verlötet werden, entsteht auf diese Weise ein Durchgangskanal für ei­ nes der Wärmeübertragungsmedien, der zu der zwischen benach­ barten Scheiben gebildeten Kammer abgedichtet ist. Da der Durchmesser des umlaufenden Kragens aber um die Dicke der von dem nach innen gebogenen Rand gebildeten Ringfläche größer ist als der Durchmesser der Öffnung in der benachbarten Scheibe, wird die Wärmeübertragungsfläche in der vom Durch­ flußstutzen abgetrennten Kammer um diese Ringfläche geringer. Die Wärmeübertragungsleistung ist daher nicht voll ausge­ nutzt.

Es hat sich auch gezeigt, daß die Verlötung zwischen Kragen­ rand und Scheibenfläche mitunter zu wünschen übrig läßt, so daß hier Undichtheiten entstehen können.

Aus der US-A 5 794 691 ist es zur Erhöhung der Festigkeit von aus aneinander gesetzten Schalen bestehenden Wärmeübertragern bekannt, jeweils im Bereich eines Durchgangskanales nach in­ nen gerichtete abgebogene Verbindungslaschen vorzusehen, die mit ihren Rändern untereinander verbunden sind und dadurch zur Erhöhung der Stabilität im Durchgangsbereich beitragen. Diese Ausgestaltung, bei der im übrigen aber ebenfalls zur Bildung der Durchgangskanäle nach einer Seite abragende Stut­ zen vorgesehen sind, die mit Ringflächen aneinander anliegen, leidet auch unter dem Nachteil, daß die an sich zur Verfügung stehende Wärmeübertragungsfläche innerhalb der Kammern durch die Stutzenausbildung verkleinert ist.

Aus der DE 197 22 074 A1 schließlich ist es bekannt, bei ei­ nem Plattenwärmetauscher mit aufeinander gestapelten Wärme­ tauscherplatten zur Anordnung von Befestigungselementen von der Plattenfläche abragende, konisch sich verjüngende Kragen zu bilden, die sich ebenso wie die Außenränder der einzelnen Platten, ineinanderschieben und verlöten lassen, so daß auf diese Weise Abstützhülsen zur Befestigung durchzuführender Zuganker gebildet werden. Bei dieser Bauart sind die Durch­ gangsöffnungen für die Wärmeübertragungsmedien in bekannter Weise ausgebildet, und die Wärmeübertragungsfläche wird durch die Abstützdurchgänge für die Zuganker zusätzlich verklei­ nert.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Plattenwärmeübertrager der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Wärmetauschfläche auf einfache Weise vergrößert und die Stabilität des Gesamtaufbaus erhöht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Plattenwärmeübertra­ ger der eingangs genannten Art vorgesehen, daß mindestens ein Stutzen jeder Scheibe in der Form eines konisch sich erwei­ ternden Kragens nach der einen Seite der Scheibenfläche und ein anderer Stutzen in der Form eines sich konisch verjüngen­ den Kragens nach der entgegengesetzten Seite absteht, daß die Kragen so auf der Scheibenfläche angeordnet sind, daß sie nach einer in der Scheibenebene erfolgenden 180°-Drehung zu­ einander ausgerichtet sind und daß ihre Konizität so aufein­ ander abgestimmt ist, daß sie wenigstens teilweise ineinan­ dergreifen.

Durch diese Ausgestaltung kann die bisherige einfache Art des Aufbaus von Plattenwärmeübertragern durch Aufeinanderstapeln von Scheiben beibehalten werden. Da nun aber die zur Bildung der Durchlaßöffnungen vorgesehenen Kragen nach unterschiedli­ chen Seiten abstehen, können sie beim Zusammenbau unmittelbar ineinandergreifen, so daß die Anordnung von nach innen abge­ bogenen ringförmigen Lötflächen überflüssig wird. Die für den Wärmeaustausch zur Verfügung stehende Fläche innerhalb der Kammern wird daher vergrößert. Außerdem werden für die Verlö­ tung-günstige Voraussetzungen geschaffen.

In Weiterbildung der Erfindung können vier Kragen, von denen jeweils zwei gleich ausgebildete symmetrisch zu einer Längsebene der Scheibe angeordnet sind, vorgesehen werden, so daß auf diese Weise der Zu- und Abfluß der beiden, an der Wärmeübertragung beteiligten Medien zu aneinandergrenzenden Kammern innerhalb der einzelnen Scheiben ermöglicht wird. Es hat sich darüber hinaus gezeigt, daß es sehr vorteilhaft ist, wenn der Konuswinkel der Kragen etwa 8° bis 9°, gemessen zur Mittelachse des Kragens, beträgt. Dies erlaubt ein einfaches Aufeinanderstapeln und ein strammes Aneinanderliegen der Kra­ gen vor dem Löten.

In Weiterbildung der Erfindung können die Scheiben mit umlau­ fenden Rändern versehen sein, die nach einer Seite abstehen und den Rand der benachbarten Scheibe wenigstens teilweise übergreifen.

In Ausgestaltung der Erfindung können die Kragen in Öffnungen von Turbulenzeinlagen eingreifen, die jeweils zwischen be­ nachbarten Scheiben eingebracht sind. Hier können die Öffnun­ gen in den Turbulenzeinlagen mit kleineren Durchmessern als bei Plattenwärmetauschern nach dem Stand der Technik versehen werden. Die Wärmeübertragung kann daher verbessert werden.

Schließlich können in Ausgestaltung der Erfindung die Kragen so nahe als möglich an den die Schmalseiten der Scheiben be­ grenzenden Rändern angeordnet sein. Da die Durchströmung der Kammern von einem Durchgangskanal zu dem in Längsrichtung der Scheibe gegenüberliegenden Durchgangskanal erfolgt und nur ein vernachlässigbarer Teil der Strömung im Bereich zwischen dem Außenrand und dem Kragen erfolgt, kann auch auf diese Weise die Ausbeute der Wärmeübertragung verbessert werden.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Seitenansicht eines Plattenwärmeübertragers nach der Erfindung,

Fig. 2 die Stirnansicht des Plattenwärmeübertragers der Fig. 1 in Richtung des Pfeiles II gesehen,

Fig. 3 die vergrößerte Darstellung eines Schnittes durch den Plattenwärmeübertrager der Fig. 1 im Bereich III,

Fig. 4 die Draufsicht auf eine der zum Aufbau des Platten­ wärmeübertragers nach den Fig. 1 bis 3 verwendeten Scheiben,

Fig. 5 den Schnitt durch die Scheibe der Fig. 4 längs der Linie V-V, und

Fig. 6 den Schnitt durch die Scheibe der Fig. 4 längs der Linie VI-VI.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen, daß ein Plattenwärmeübertrager 1, der hier als Ölkühler für Verbrennungskraftmaschinen ausge­ bildet ist, aus mehreren, übereinander gestapelten Scheiben 2 aufgebaut ist, die schalenförmig ausgebildet sind und beim Aufeinanderstapeln mit ihren abstehenden Rändern 2a (Fig. 3) übereinandergreifen und dicht miteinander verlötet sind. In­ nerhalb dieser Scheiben 2 sind Kammern 9 und 10 gebildet, die jeweils mit Turbulenzeinlagen 11 versehen sind. Die aufeinan­ der gestapelten Scheiben 2 werden unten durch eine Grundplat­ te 12 abgeschlossen. Die Zu- und Abfuhr der Wärmeübertra­ gungsmedien erfolgt durch die Zufluß- und Abflußstutzen 3, 3a bzw. 4, 4a, von denen der Stutzen 4 dem in Fig. 2 gezeigten Stutzen 4a entspricht, aber in dieser Fig. 2 hinter dem Stut­ zen 4a und in Fig. 1 hinter dem Stutzen 3 liegt. Die Stutzen 3, 3a werden im Sinn der Pfeile 13 bzw. 14 mit einem der durchströmenden Wärmeübertragungsmedien beaufschlagt. Das zweite Wärmeübertragungsmedium strömt im Sinn des Pfeiles 15 (Fig. 2) zu und am Stutzen 4 (der nicht dargestellt ist) wie­ der ab. Als Wärmeübertragungsmedien können beispielsweise die Kühlflüssigkeit eines Motors und das kühlende Motoröl vorge­ sehen sein.

Innerhalb der einzelnen Scheiben 2 werden Zu- bzw. Abströmka­ näle jeweils längs der Durchströmungsachsen 5, 6, 7 und 8 ge­ bildet, die in der Fig. 4 noch einmal eingezeichnet sind. Diese Zu- und Abfuhrkanäle werden nun, wie aus Fig. 3 deut­ lich hervorgeht, dadurch gebildet, daß von den einzelnen Scheiben 2 konzentrisch zu den jeweiligen Zu- und Abströmach­ sen 5 bis 8, Kragen 16 bzw. 17 abstehen, von denen die Kragen 16 als sich konisch zu ihrem Rand hin erweiternde Kragen aus­ gebildet sind. Diese Kragen 16 ragen, wie insbesondere auch Fig. 6 zeigt, in das Innere jeder der Schalen 2 herein. Die Kragen 17 dagegen stehen von dem weitgehend ebenen Schalenbo­ den 2b nach außen ab. Die Mittelachsen der Kragen 16 einer­ seits und der Kragen 17 anderseits sind dabei in Ebenen 19 bzw. 18 angeordnet, die parallel zueinander und parallel zu der Mittellängsebene 20 der Scheibe 2 verlaufen. Sie sind darüber hinaus auch jeweils symmetrisch zu der Mittelquerebe­ ne 21 angeordnet, so daß jeweils ein Kragen 17 in Eingriff mit einem Kragen 16 kommen kann, wenn benachbarte Scheiben 2 um ihre Mittelachse 22 herum um jeweils 180° zueinander ver­ dreht sind. Der Konuswinkel der Kragen 16 und 17 ist dabei gleich groß und beträgt vorzugsweise 8° bis 9°. Es hat sich gezeigt, daß diese Neigung eine besonders gute Verlötung bei einfacher Handhabbarkeit während des Stapelvorgangs ergibt. Da alle Scheiben 2 identisch zueinander ausgebildet sind, passen sie mit ihren Kragen 2b und nach ihrer entsprechenden Ausrichtung, auch mit den Kragen 16 und 17 ineinander. Auf diese Weise können die Durchströmöffnungen für die Wärmeüber­ tragungsmedien geschaffen werden. Die Fig. 3 macht dabei deutlich, daß durch den längs der Achse 7 verlaufenden Kanal die Kammer 9 an die Durchströmung angeschlossen ist. Die Fig. 3 zeigt aber auch, daß die durch die Turbulenzeinlagen 10 be­ stimmten Wärmeübertragungsflächen bis an den von dem Kragen 16 gebildeten Anschlag herangeführt werden können, weil keine parallel zum Boden 2b verlaufenden Lötflächen zum Aneinander­ fügen benachbarter Scheiben 2 notwendig sind.

Die Kragen 16 und 17 sind außerdem so angeordnet, daß der Ab­ stand a zu dem an den Schmalseiten der Scheibe 2 verlaufenden Rand so klein als möglich wird. Dieser Abstand a bestimmt sich durch das in der Regel für die Herstellung der Scheiben 2 verwendete Tiefziehverfahren. Wird dieser Abstand a so klein als möglich gewählt, dann ist die Durchströmungsstrecke zwischen einander zugeordneten Zu- und Abführkanälen, also beispielsweise zwischen den Kanälen 7 und 5, so groß wie mög­ lich. Der Bereich zwischen den Zuführkanälen der im Abstand a zum Rand liegt, wird in der Regel nur wenig durchströmt und trägt nicht viel zur Wärmeübertragung bei.

Die Fig. 3 macht aber auch deutlich, daß durch die Überlap­ pung der Kragen 16 und 17 ein für die Verlötung geeigneter Spalt gebildet werden kann, der ebenso wie die sich überlap­ penden Ränder 2a auch für ausreichende Stabilität des gesam­ ten Plattenwärmeübertragers beiträgt.

Claims (6)

1. Plattenwärmeübertrager, insbesondere Ölkühler für Ver­ brennungskraftmaschinen, bestehend aus mehreren identisch und schalenförmig ausgebildeten Scheiben (2), die jeweils um 180° zueinander verdreht aufeinander gestapelt sind, mit ihren Rändern (2a) aneinander anliegen und zur Bildung der Zu- und Abfuhrkanäle (5 bis 8) für die Wärmeübertragungsmedien mit abragenden Stutzen versehen sind, die sich an einer zugeord­ neten Fläche der benachbarten Scheibe anlegen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Stutzen jeder Scheibe (2) in der Form eines konisch sich erweiternden Kragens (16) nach der einen Seite des Scheibenbodens (2b) und ein anderer Stutzen in der Form eines sich konisch verjüngenden Kragens (17) nach der entge­ gengesetzten Seite absteht, daß die Kragen (16, 17) auf der Fläche des Scheibenbodens (2b) so angeordnet sind, daß sie nach einer um die Mittelachse (22) der Scheibe (2) erfolgen­ den 180° Drehung zueinander ausgerichtet sind und daß ihre Konizität so aufeinander abgestimmt ist, daß sie wenigstens teilweise ineinander greifen.

2. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß vier Kragen (16, 17) in jeder Scheibe (2) vor­ geselien sind und daß jeweils zwei gleich ausgebildete symme­ trisch zu der Mittellängsebene (20) und der Mittelquerebene (21) angeordnet sind.

3. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Winkel (α) des Konus der Kragen (16 und 17) etwa 8° bis 9° beträgt.

4. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Scheiben (2) mit umlaufenden Rändern (2a) versehen sind, die nach einer Seite abstehen und den Rand der benachbarten Scheibe wenigstens teilweise übergreifen.

5. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kragen (16) in Öffnungen von Turbulenzein­ lagen (11) eingreifen, die jeweils zwischen benachbarten Scheiben (2) eingebracht sind.

6. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abstand (a) der Kragen (16, 17) von den die Schmalseiten der Scheiben (2) begrenzenden Rändern (2a) so klein als möglich gewählt ist.