DE4017662A1 - Waermeaustauscher fuer einen marinisierten verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher für einen marinisierten Verbrennungsmotor, der einen mittels separatem Rohwasserstrom gekühlten internen, Motorkühlmittelkreislauf hat.

Verbrennungsmotore, insbesondere Dieselmotore, die für den Antrieb von Landfahrzeugen entwickelt und gefertigt sind und als industrielle Serienprodukte auf dem Markt angeboten wer­ den, können nicht ohne weiteres für einen Antrieb von Wasser­ fahrzeugen verwendet werden.

Der Einbau in geschlossene Motorräume unter zumeist beeng­ ten Verhältnissen, insbesondere auf Sportbooten, erfordert di­ verse Umrüstmaßnahmen. Insbesondere das Kühlsystem muß an die veränderten Betriebsverhältnisse angepaßt werden. Dabei wird auch möglichst geringes Gewicht, Kompaktheit und geringe Abmes­ sungen der gesamten Antriebsanlage einschließlich notwendiger Zusatzeinrichtungen angestrebt. Gerade für moderne Sportboote werden immer optimalere Gestaltungen bei gleichzeitiger Steige­ rung der Leistung der Antriebsanlagen gefordert. Dabei soll die Betriebssicherheit und Lebensdauer eines Verbrennungsmo­ tors selbstverständlich nicht nachteilig beeinflußt werden, sondern vielmehr möglichst auch noch gesteigert werden, was bei den Umrüstmaßnahmen zu berücksichtigen ist.

Schwerpunkt der Umrüstmaßnahmen ist die Gestaltung des Kühlsystems. Jeder wassergekühlte Verbrennungsmotor verfügt über einen internen Kühlmittelkreislauf, über den die beim Be­ trieb des Verbrennungsmotors freiwerdende Wärme abzuführen ist. Dazu sind Wärmeaustauscher notwendig. Bei z. B. in Land­ fahrzeugen betriebenen Verbrennungsmotoren kann als die Wärme vom Kühlmittel abnehmendes und abführendes Medium Luft benutzt werden, die den Wärmeaustauscher durchströmt. Bei Wasserfahr­ zeugen ist in der Regel die Verwendung von Luft zur Kühlung des den Verbrennungsmotor kühlenden Kühlmittels nicht zweckmä­ ßig und auch nicht möglich. Zur Kühlung des Motorkühlmittels wird dann durch einen Wärmeaustauscher geleitetes Seewasser verwendet. Dies erfordert daran angepaßte, speziell ausgelegte Wärmeaustauscher, die im Zuge der Umrüstmaßnahmen zu installie­ ren sind, wenn ein serienmäßiger Verbrennungsmotor als An­ triebsanlage für z. B. ein Sportboot eingesetzt werden soll.

Anzustreben ist es, einen Verbrennungsmotor möglichst kom­ plett ausgerüstet als fertige Einbaueinheit anzubieten, um den Kostenvorteil, den ein serienmäßiger Verbrennungsmotor bietet, durch den Montageaufwand für den Einbau einer Antriebsanlage nicht wieder zu kompensieren. Es ist bekannt, serienmäßige Ver­ brennungsmotore mit sogenannten Anbaukühlern auszurüsten, wo­ durch Motor und Kühler eine Einbaueinheit bilden. Ein angebau­ ter Kühler hat jedoch den Nachteil, daß er je nach erforderli­ cher Kühlleistung eine bestimmte Größe aufweist, wodurch die äußeren Abmessungen der Antriebsanlage derart vergrößert wer­ den können, daß der zur Verfügung stehende Einbauraum nicht oder nicht in jedem Fall mehr ausreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeaus­ tauscher zu finden, durch den sich ein serienmäßiger Verbren­ nungsmotor auf einfachste Weise ohne Dimensionierungsprobleme zu einer kompakten Einbaueinheit umrüsten läßt, die als An­ triebsanlage für Wasserfahrzeuge, insbesondere Sportboote, ge­ eignet ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß er als Plattenwärmeaustauscher ausgebildet ist, dessen aus Wärme­ austauscherplatten mit Durchlaßöffnungen gebildetes Plattenpa­ ket durch zusammenziehende Spannstangen zwischen einer Kopf­ platte und einer Spannplatte gehalten ist, wobei die Kopfplat­ te die Anschlüsse für Rohwasser und für Motorkühlmittel auf­ weist und über Verbindungsmittel mit der Stirnseite des Ver­ brennungsmotors verbunden ist.

Die Verwendung eines Plattenwärmeaustauschers hat den Vor­ teil, daß eine ausreichende Kühlung des im internen Kreislauf zirkulierenden Motorkühlmittels mit einem hinsichtlich seiner äußeren Abmessungen relativ kleinen Wärmeaustauscher erreich­ bar ist. Ein Plattenwärmeaustauscher ist deshalb besonders für einen Anbau an einem Verbrennungsmotor geeignet, da dessen äu­ ßerliche Abmessungen nicht wesentlich vergrößert werden, was der angestrebten Kompaktheit einer Antriebsanlage für Wasser­ fahrzeuge entgegenkommt.

Mit besonderem Vorteil läßt sich ein Plattenwärmeaustau­ scher jederzeit und damit auch nachträglich an die erforder­ lichen Kühlleistungen anpassen, indem die Anzahl der Wärme­ tauscherplatten innerhalb des Plattenpakets vergrößert oder verkleinert wird. Auch dadurch ändern sich wesentliche äußere Abmessungen des Wärmeaustauschers nur unerheblich, da ledig­ lich die Dicke des Plattenpakets zu- oder abnimmt.

Da der Plattenwärmeaustauscher mit der Stirnseite des Ver­ brennungsmotors verbunden ist, ändert sich die Bauhöhe des Ver­ brennungsmotors, die im wesentlichen bestimmt ist durch den Ab­ stand zwischen dem Boden der Ölwanne und dem Zylinderkopf­ deckel, nicht, was den Einbau des Verbrennungsmotors in Boote mit gerade noch passender Tiefe des Motorraumes erlaubt. Durch den Anbau des Wärmeaustauschers an der Stirnseite des Motors ändert sich lediglich die Baulänge der Antriebseinheit. Dies ist auch bei schwierigen und engen Einbauverhältnissen problem­ loser.

Der angestrebten Kompaktheit bei geringen Abmessungen ei­ ner Antriebsanlage kommt weiter entgegen, daß die Kopfplatte sämtliche Anschlüsse für Rohwasser und Motorkühlmittel auf­ weist. Bei marinisierten Verbrennungsmotoren befinden sich Pum­ pen für Kühlmittel zumeist an der Stirnseite, da dort auch Keilriemen zum Antrieb von Zusatzaggregaten, wie z. B. Lichtma­ schine, verlaufen. Auch eine zusätzliche Rohwasserpumpe wird in der Regel an der Stirnseite eines Verbrennungsmotors ange­ bracht, damit die dort befindlichen Keilriemen oder sonstige Antriebsmittel für Nebenaggregate des Verbrennungsmotors be­ nutzt werden können, um auch die Rohwasserpumpe anzutreiben.

Die Verbindung der die Anschlüsse aufweisenden Kopfplatte über geeignete Verbindungsmittel mit der Stirnseite hat somit den Vorteil, daß Schlauchverbindungen zwischen Plattenwärmeaustau­ scher und Motor, bzw. Pumpe relativ kurz sind.

Plattenwärmeaustauscher haben über den Vorteil der gerin­ gen Abmessung hinaus noch den Vorteil, daß sie problemlos ge­ reinigt werden können und geringes Gewicht aufweisen.

Dadurch, daß die Kopfplatte über Verbindungsmittel mit der Stirnseite des Verbrennungsmotors verbunden ist, erübrigen sich auch in vorteilhafter Weise besondere Halterungen für den Anbau.

Nach einer Weiterbildung zeichnet sich der Wärmeaustau­ scher dadurch aus, daß die Anschlüsse an der dem Plattenpaket zugekehrten Seite der Kopfplatte mit den Durchlaßöffnungen der jeweils anliegenden ersten Wärmeaustauscherplatte des Platten­ pakets kongruieren, wobei erste Ableitungsanschlüsse für Roh­ wasser und Motorkühlmittel einander benachbarte Bohrungen sind, die parallel zur Längsachse des Plattenpakets quer durch die Kopfplatte verlaufen und einander benachbarte zweite Zulei­ tungsanschlüsse für Rohwasser und Motorkühlmittel innerhalb der Kopfplatte derart verlaufen, daß sie einerseits in der Fläche an der dem Plattenpaket zugekehrten Seite der Kopfplat­ te und andererseits in einer Kantenfläche der Kopfplatte aus­ münden.

Durch diese besondere Ausbildung und Anordnung der An­ schlüsse ist der Wärmeaustauscher besonders dicht an den Motor herangesetzt. Schlauchverbindungen sind so kurz wie möglich.

Insbesondere die Schläuche für die Zuleitung von Rohwasser und Motorkühlmittel sind in vorteilhafter Weise von der Seite di­ rekt in die Kantenfläche der Kopfplatte gesetzt, so daß die Kopfplatte mit geringstmöglichem Abstand zur Stirnseite des Verbrennungsmotors gehalten ist.

Zur Herabsetzung der Korrosionsgefahr, insbesondere dann, wenn als Rohwasser Seewasser benutzt wird, ist nach einer Wei­ terbildung vorgesehen, daß in die dem Plattenpaket zugekehrte Seite der Kopfplatte im Bereich der Zu- und Ableitungsanschlüs­ se für Rohwasser eine Vertiefung eingeformt ist, daß die den Zuleitungsanschlüssen für Rohwasser zugeordnete Vertiefung in die benachbarte Kantenfläche der Kopfplatte ausläuft und daß in die Vertiefungen der Zu- und Ableitungsanschlüsse für Roh­ wasser Formteile aus seewasserbeständigem Werkstoff eingesetzt sind.

Als Werkstoff für die Kopfplatte kann in vorteilhafter Weise zwecks Gewichtsverringerung Aluminium verwendet werden, welches durch das im internen Kühlkreislauf des Motors zirku­ lierende Motorkühlmittel nicht angegriffen wird. Die Vertiefun­ gen sind eingefräst, so daß die Formteile bündig abschließend einsetzbar sind. Das Rohwasser strömt damit nur noch durch die Formteile und kommt mit dem Aluminium nicht mehr in Kontakt. Zweckmäßigerweise sind die Formteile aus seewasserfester Bronze hergestellt. Dabei ist das dem Ableitungsanschluß für Rohwasser zugeordnete Formteil eine Bundbuchse und das dem Zu­ leitungsanschluß für Rohwasser zugeordnete Formteil ein Winkel­ stück, wobei Bundbuchse und Winkelstück aus der Kopfplatte vor­ stehende Anschlußstutzen aufweisen. Die Anschlußstutzen sind einfach anformbar. Beispielsweise kann jedes Formteil ein Guß­ teil sein, das lediglich einer entsprechenden spanabhebenden Endbearbeitung unterworfen wird. Jeder Anschlußstutzen ist da­ bei als Schlauchansatz ausgebildet, der eine Verbindung mit Zu­ leitungs- bzw. Ableitungsschlauch in üblicher Weise ermög­ licht.

Wie bereits ausgeführt, weist ein Verbrennungsmotor an sei­ ner Stirnseite Anbauteile auf, wie Keilriemenscheiben, Pumpen und insbesondere Spanneinrichtungen für den Keilriemen. Durch den Anbau des Wärmeaustauschers vor die Stirnseite des Verbren­ nungsmotors dürfen die an der Stirnseite bereits vorhandenen Teile des Verbrennungsmotors in ihrer Funktion nicht behindert werden. Die für den Anbau des Wärmeaustauschers verwendeten Verbindungsmittel sind somit derart zu gestalten, daß zwischen Wärmeaustauscher und Stirnseite des Verbrennungsmotors noch genügend Raum verbleibt, in dem die an der Stirnseite vorhande­ nen Motorteile, insbesondere die Keilriemenspanneinrichtung frei arbeiten kann. Dabei müssen die Verbindungselemente je­ doch ausreichend fest und steif sein, um den vorgesetzten Plat­ tenwärmeaustauscher zu halten. Es ist möglich, die Kopfplatte des Wärmeaustauschers über entsprechend lange Schraubbolzen und Distanzstücke so anzuordnen, daß die Motorteile an der Stirnseite überbrückt werden. Eine bevorzugte Befestigung des Plattenwärmetauschers sieht vor, daß die Verbindungsmittel eine an der Stirnseite des Verbrennungsmotors befindliche, An­ bauteile überbrückende, mit der Stirnseite verschraubbare Adap­ terplatte sowie die Adapterplatte mit der Kopfplatte verbin­ dende Schrauben umfassen.

Die Adapterplatte kann mit der Stirnseite des Verbrennungs­ motors mit entsprechend zugeordneten Schraubbolzen verschraubt werden, die dort sitzen können, wo der Motor das Anbringen zu­ sätzlicher Gewindebohrungen erlaubt. Die Adapterplatte kann dabei so ausgeformt werden, daß an der Stirnseite des Verbren­ nungsmotors befindliche Anbauteile überbrückt und damit nicht behindert werden. Mit der Adapterplatte kann dann die Kopfplat­ te des Wärmetauschers verschraubt werden, mit dem besonderen Vorteil, daß dafür notwendige Schrauben an den optimalsten Stellen der Kopfplatte sitzen, die mit den Befestigungsmöglich­ keiten, die die Stirnseite des Motors bietet, folglich nicht übereinzustimmen brauchen, wie es bei längeren Schraubbolzen ohne Adapterplatte der Fall wäre.

Ein Ausführungsbeispiel, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines Wärmeaustauschers in Explosions­ darstellung und

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht eines Verbrennungs­ motors mit angebautem Wärmeaustauscher.

In Fig. 1 ist ein Wärmeaustauscher in Explosionsdarstel­ lung gezeigt. Ein Plattenpaket 1 aus mehreren aneinander ge­ setzten Wärmetauscherplatten 2 wird durch zusammenziehende Spannstangen 3 zwischen einer Kopfplatte 4 und einer Spannplat­ te 5 gehalten. Die Spannstangen 3 sind in Gewindebohrungen 6 der Kopfplatte einschraubbar. Dazu sind die Spannstangen 3 als Gewindestangen ausgebildet und weisen eine Länge auf, die etwa der Dicke des einzuspannenden Plattenpakets 1 aus Wärmetau­ scherplatten 2 entspricht. Die Spannplatte 5 weist Durchgangs­ bohrungen 7 für die Spannstangen 3 auf, so daß die Verspannung mit Hilfe auf die durchragenden Enden der Spannstangen 3 ge­ schraubter Sechskantmuttern 8 und letztlich eine Sicherung mit Hutmuttern 9 vorgenommen werden kann.

Der Zusammenbau des Plattenwärmeaustauschers, insbesondere die Aneinanderreihung seiner Wärmetauscherplatten 2 zu einem Plattenpaket 1, wird erleichtert durch Führungsbolzen 10, die ebenfalls mit einem Gewindefuß 11 in eine Gewindebohrung 12 der Kopfplatte 4 einschraubbar sind und deren Länge wieder der Dicke des Plattenpakets 1 angepaßt ist. Beidseitig der Wärme­ tauscherplatten 2, und damit auch des Plattenpakets 1, sind Ausnehmungen 13 eingeformt, so daß sich die Wärmetauscherplat­ ten 2 nacheinander auf von der Kopfplatte 4 abstehende Füh­ rungsbolzen 10 auffädeln lassen. Nach Ansetzen der Spannplatte 5 greifen die Führungsbolzen 10 mit einem Vierkantabschnitt 14 formschlüssig in entsprechende Bohrungen 15 der Spannplatte 5 und nach Verspannen der Spannplatte 5 gegenüber der Kopfplatte 4 mittels der Spannstangen 3 ist das Plattenpaket 1 festge­ legt.

Jede Wärmetauscherplatte 2 weist in üblicher Weise Durch­ laßöffnungen auf, durch die das kühlende bzw. das zu kühlende Medium in die Hohlräume der einzelnen Wärmetauscherplatten 2 strömen kann. Diese Durchlaßöffnungen sind hier nicht weiter dargestellt.

Die Kopfplatte weist Anschlüsse für Rohwasser und für Mo­ torkühlmittel auf. Die Anschlüsse sind so angeordnet, daß sie an der dem Plattenpaket 1 zugekehrten Seite 16 der Kopfplatte 4 mit den Durchlaßöffnungen der jeweils anliegenden ersten Wär­ metauscherplatte 2 des Plattenpakets 1 kongruieren. Dabei sind erste Ableitungsanschlüsse 17 und 18 für Rohwasser und Motor­ kühlmittel einander benachbarte Bohrungen in der Kopfplatte 4, die parallel zur Längsachse des Plattenpakets 1 quer durch die Kopfplatte 4 verlaufen. Die einander benachbarten zweiten Zu­ leitungsanschlüsse 19 und 20 für Rohwasser und Motorkühlmittel verlaufen dabei innerhalb der Kopfplatte 4 derart, daß sie einerseits in der Fläche der dem Plattenpaket 1 zugekehrten Seite 16 der Kopfplatte 4 und andererseits in einer Kantenflä­ che 21 der Kopfplatte 4 ausmünden.

In die dem Plattenpaket 1 zugekehrte Seite 16 der Kopfplat­ te 4 ist, wie hier dargestellt, im Bereich der Zu- und Ablei­ tungsanschlüsse 20 und 17 für Rohwasser jeweils eine Vertie­ fung 22 und 23 eingeformt, wobei die dem Zuleitungsanschluß 20 für Rohwasser zugeordnete Vertiefung in die benachbarte Kanten­ fläche 21 der Kopfplatte 4 ausläuft. In die Vertiefungen 22 und 23 der Zu- und Ableitungsanschlüsse 20 und 17 für Rohwas­ ser sind Formteile 24 und 25 aus seewasserbeständigem Werk­ stoff, vorzugsweise Bronze, eingesetzt. Das dem Ableitungsan­ schluß 17 für Rohwassor zugeordnete Formteil 25 ist, wie dar­ gestellt, als Bundbuchse ausgebildet. Das in den Zuleitungs­ anschluß 20 für Rohwasser einsetzbare Formteil 24 ist ein Win­ kelstück der dargestellten Form, das in der Vertiefung mit Schrauben 124 befestigbar ist. Beide Formteile 24 und 25 wei­ sen aus der Kopfplatte vorstehende Anschlußstutzen 26, 27 auf, die, wie hier angedeutet, als Schlauchansatz ausgebildet sind.

Der dargestellte Wärmeaustauscher ist mit geeigneten Ver­ bindungsmitteln an die Stirnseite eines Verbrennungsmotors an­ setzbar, wobei die Verbindungsmittel eine Adapterplatte 28 um­ fassen, die an der Stirnseite des Verbrennungsmotors befindli­ che Anbauteile überbrücken kann. Dazu weist die Adapterplatte 28 entsprechende Ausnehmungen 29 und Ausschnitte 30 auf. Die Verbindungsmittel umfassen des weiteren Schrauben 31 und 32, mit, denen die Kopfplatte 4 mit der Adapterplatte verschraubt werden kann, wobei die Adapterplatte wiederum mit hier nicht weiter dargestellten Schrauben vor die Stirnseite des Motors setzbar ist.

Fig. 2 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Verbren­ nungsmotors, vor dessen die angedeuteten Keilriemen und Keil­ riemenscheiben aufweisende Stirnseite die Adapterplatte 28 ge­ schraubt ist, die wiederum mit der Kopfplatte 4 verbunden ist, wobei sich zwischen Kopfplatte 4 und Spannplatte 5 das Platten­ paket 1 befindet. Fig. 2 läßt erkennen, daß der angebaute Wär­ meaustauscher die Bauabmessungen, insbesondere die Bauhöhe des Verbrennungsmotors, nicht wesentlich nachteilig beeinflußt, so daß Verbrennungsmotor und angebauter Wärmeaustauscher eine kom­ pakte Einheit mit geringen Abmessungen bilden.

Claims (6)

1. Wärmeaustauscher für einen marinisierten Verbrennungs­ motor, der einen mittels separatem Rohwasserstrom gekühlten in­ ternen Motorkühlmittelkreislauf hat, dadurch gekennzeichnet, daß er als Plattenwärmeaustauscher ausgebildet ist, dessen aus Wärmetauscherplatten (2) mit Durchlaßöffnungen gebildetes Plat­ tenpaket (1) durch zusammenziehende Spannstangen (3) zwischen einer Kopfplatte (4) und einer Spannplatte (5) gehalten ist, wobei die Kopfplatte (4) Anschlüsse (17, 18, 19, 20) für Rohwas­ ser und für Motorkühlmittel aufweist und über Verbindungsmit­ tel (28, 31, 32) mit der Stirnseite des Verbrennungsmotors ver­ bunden ist.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Anschlüsse (17, 18, 19, 20) an der dem Plattenpaket (1) zugekehrten Seite (16) der Kopfplatte (4) mit den Durchlaß­ öffnungen der jeweils anliegenden ersten Wärmetauscherplatte (2) des Plattenpakets (1) kongruieren, wobei erste Ableitungs­ anschlüsse (17, 18) für Rohwasser und Motorkühlmittel einander benachbarte Bohrungen sind, die parallel zur Längsachse des Plattenpakets (1) quer durch die Kopfplatte (4) verlaufen und einander benachbarte zweite Zuleitungsanschlüsse (19, 20) für Rohwasser und Motorkühlmittel innerhalb der Kopfplatte (4) der­ art verlaufen, daß sie einerseits in der Fläche an der dem Plattenpaket (1) zugekehrten Seite (16) der Kopfplatte (4) und andererseits in einer Kantenfläche (21) der Kopfplatte (4) aus­ münden.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß in die dem Plattenpaket (1) zugekehrte Seite (16) der Kopfplatte (4) im Bereich der Zu- und Ableitungsanschlüsse (17, 20) für Rohwasser jeweils eine Vertiefung (22, 23) einge­ formt ist, daß die dem Zuleitungsanschluß (20) für Rohwasser zugeordnete Vertiefung (22) in die benachbarte Kantenfläche (21) der Kopfplatte (4) ausläuft und daß in die Vertiefungen der Zu- und Ableitungsanschlüsse (17, 20) für Rohwasser Form­ teile (24, 25) aus seewasserbeständigem Werkstoff eingesetzt sind.

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das dem Ableitungsanschluß (17) für Rohwasser zugeord­ nete Formteil (25) eine Bundbuchse und das dem Zuleitungsan­ schluß (20) für Rohwasser zugeordnete Formteil (24) ein Winkel­ stück ist, wobei Bundbuchse und Winkelstück aus der Kopfplatte (4) vorstehende Anschlußstutzen (26, 27) aufweisen.

5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß jeder Anschlußstutzen (26, 27) als Schlauchansatz aus­ gebildet ist.

6. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmittel (28, 31, 32) eine an der Stirnseite des Verbrennungsmotors befindliche Anbauteile überbrückende, mit der Stirnseite verschraubbare Adapterplatte (28) sowie die Adapterplatte (28) mit der Kopf­ platte (4) verbindende Schrauben (31, 32) umfassen.