DE685914C

DE685914C - Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE685914C
Application number: DEG95219D
Authority: DE
Inventors: Charles J O Brien; Walter R Ramsaur
Original assignee: General Motors Corp
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1936-04-13
Filing date: 1937-04-14
Publication date: 1940-01-02
Also published as: US2222721A

Description

Wärmeaustauscher Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher, insbesondere Ölkühler, für das Schmieröl von Brennkraftmaschinen.
Es ist bekannt, eine Wärmeaustauschvorrichtung der erwähnten Art aus einer Mehrzahl flacher Kammern oder Hohlplatten zu bilden, die mit geeigneten Ein- und Austrittsöffnungen für das zu behandelnde Kühlmittel versehen sind. Die Kammern bestehen dabei aus zwei tragförmigen, mit teleskopartig ineinandergreifenden Rändern versehenen Teilen, wobei die Ränder durch Löten miteinander verbunden sind. Die Kammern enthalten Leitkörper großer Oberfläche für das zu kühlende Mittel, die zur Sicherung ihrer Lage in der Kammer mit Vorsprüngen ausgestattet sind. Damit sich die Kammern unter dem Einfluß eines inneren Druckes nicht verziehen, hat man an einzelnen Stellen ihre Seitenplatten gegeneinander verankert.
Die Erfindung besteht nun in einer weiteren Ausbildung der Kammern durch eine besondere Gestaltung und durch einen neuartigen Einbau der Leitkörper. In dieser Hinsicht sind folgende Punkte von Wichtigkeit: z. Die Leitkörper sind Bleche, die mit Wellen von ungefähr rechteckiger Form versehen sind. Die quer zur Durchflußrichtung des Wärmeaustauschmittels liegenden Wellen haben versetzt zueinander angeordneteDurchbrechungen. Auf diese Weise wird dauernd eine sehr weitgehende Unterteilung und Wiedervereinigung in dem die Kammer durchfließenden Kühlmittelstrom erzielt, wobei die Teilströme vielfach gewundene Wege durchlaufen müssen. Letztere Wirkung läßt sich noch steigern, wenn in eine Kammer zwei getrennte, gerippte und gelochte Leitkörperbleche eingebaut werden und zwischen ihnen eine Stau- oder Leitwand angeordnet wird.
a. Die Leitkörper werden auch dazu herangezogen, daß jede Formänderung der flachen Kammer bei innerem Druck besonders wirksam unterbunden wird. Zu diesem Zweck

werden die Anliegestellen der Leitkör `@

wellen an den Kammerwänden mit di" A

unter Zuhilfenahme eines besonderen, in @vör-

liegendem Zusammenbange noch nicht benutzten Lötverfahrens fest verbunden.
3. Die Leitkörper leiten die Wärme in günstigster Weise an den vielen mit den Kammerwänden in gut wärmeleitendem Kontakt stehenden Verbindungsstellen nach Art von Kühlrippen ab.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Leitkörper die Form von ungefähr rechteckig gewellten Blechen aufweisen, deren Wellen quer zur Durchflußrichtung des Wärmeaustauschmittels angeordnet und auf ihrer ganzen Länge mit versetzt zueinander angeordneten Durchbrechungen versehen sind.
Das Wesen der Erfindung und ihr Zweck ergibt sich aus folgender Beschreibung und den Zeichnungen. In diesen zeigt Abb. i einen Ölkühler, angebracht an einer Brennkraftmaschine, Abb. 2 eine Ansicht desselben Ölkühlers in vergrößertem Maßstabe, teilweise im Schnitt, Abb. 3 den Hauptteil des Kühlers in Seitenansicht und sein Gehäuse im Schnitt gemäß Linie 3-3 der Abb. 2, Abb.4 eine Einzelheit des Schnittes nach Linie 3-3 der Abb. 2 in vergrößertem Maßstabe, Abb.5 die verschiedenen für die Herstellung eines Kühlers nach den Abb. i bis 4 nötigen Einzelteile, auseinandergezogen dargestellt, Abb. 6 die Ansicht des Zusammenbaus der für die Hartlötung des Kühlerkörpers erforderlichen Teile, Abb.7 ein Schaubild einer der Abstandhalteplatten, die nur für das Löten gebraucht werden, Abb.8 eine der Darstellungen in Abb.2 ähnliche Ansicht einer anderen Ausführungsform eines Ölkühlers, Abb. 9 eine Ansicht des Hauptteiles dieses Kühlers und eines Schnittes durch das Gehäuse nach Linie 9-9 der Abb. 8, Abb. io eine schematische Darstellung einer Kammer des Ölkühlers nach den Abb. i bis 4, Abb. i i eine ähnliche schematische Darstellung für den ,Ölkühler nach den Abb. 8 und 9, Abb. r2 eine den Abb. 2 und 8 ähnliche Ansieht einer dritten Ölkühlerbauart, Abb.13 eine schematische Darstellung einer einzelnen Kühlkammer einer vierten Ölkühlerausführung und Abb. 14 das gleiche für eine fünfte Ausführungsform. Der Ölkühler io nach den Abb. i bis 4 und io umfaßt einen Kühlerhauptteil i i und 'i£in ihn umschließendes Gehäuse, das sich aus einer Kappe 12 aus Metallblech und einem :daran durch Schrauben 14 gehaltenen Deckel 13 aus Metallguß zusammensetzt. An einander entgegengesetzten Seiten der Kappe 12 sind Ein- und Auslaßöffnungen 31 und 32 für das Kühlwasser und im Deckel 13 sind Ein-und Austrittsöffnungen 33 und 34 für das Schmieröl vorgesehen. Der Hauptkörper des Kühlers besteht aus einer Grundplatte 15 und einer Anzahl flacher Röhren oder Kammern 16. Diese sind aus einer 3o°foigen Kupfer-Nickel-Legierung hergestellt. Der Kühlkörper liegt zwischen der Wasserein- und Wasserauslaßöffnung des Gehäuses und ist selbst an die Ölein- und -austrittsöffnung im Gehäusedeckel angeschlossen. Die Grundplatte 15. besteht aus Metall; sie enthält zwei Öffnungen 28 und trägt drei Schraubenbolzen 29. Jede der Kammern 16 besteht aus einem rechteckigen flachen Trog 17 und einem ebenso geformten Deckel 18, dessen Rand i9 den Rand 2o des Troges 17 gut passend übergreift, mit dem er metallisch verbunden wird. In jeder Kammer befinden sich in der Längsrichtung gesehen nebeneinander zwei mit Rippen versehene Plattenkörper 21 aus Stahl, deren Rippen in, Längsrichtung der Kammer verlaufen. Die Rippen der Platte 21 haben ungefähr rechteckige Form; ihre waagerechten Ober- und Unterseiten sind abwechselnd mit dem Boden und dem Deckel der Kammer metallisch verbunden. In den senkrechten Seiten jeder Rippe sind Reihen von durch Stege 23 getrennten Löchern 2.2 vorgesehen. Den Löchern der einen Seite einer Rippe stehen die Stege der anderen Seite gerade gegenüber. Zwischen den, beiden Platten 21 jeder Kammer 16 liegt eine Trennwand 24, die von einem dünnen Metallstreifen gebildet wird. Die Kanten des Streifens sind mit dem Unter- und Oberteil der Kammer metallisch verbunden. Die Länge der Wand 24 ist geringer als die Breite der Kammer, ihre Enden lassen beiderseits gleiche Durchgänge frei.
In der oberen und unteren Seitenfläche jeder Kammer, mit Ausnahme der Endkammer, sowie in den, Rippenplatten 21, in deren Mitte, sind Öffnungen vorgesehen. Die Öffnungen in den Kammerseiten sind von aufgesetzten Rändern 25 und 26 umgeben. Entsprechende Öffnungen sind in der Unterfläche der Endkammer und in deren Rippenplatte vorhanden, aber der Deckel der Endkammer ist nicht durchbohrt, er ist gegenüber den Öffnungen im Unterteil durch Scheiben 27 aus demselben Metall wie die Kammer verstärkt. Die unterste Kammer 16 ist mit der Grundplatte 1 5 metallisch verbunden und greift mit ihren Flanschen 25 je in eine Bohrung 28 dieser Platte. Über jeden der Flanschen 25 .am Boden jeder Kammer 16 (mit Ausnahme der untersten) und über einen der Flanschen 26 am Deckel der unmittelbar darunterliegenden Kammer ist ein kurzes Rohrstück 3o aus demselben Werkstoff wie die Kammern geschoben und mit beiden Teilen metallisch verbunden.
Der Kühlkörper i i wird durch die Bolzen 29 mit Muttern 35 mit dem Deckel- 13 zusammengehalten, derart, daß die Öffnungen 28 in der Grundplatte 15 mit der Ölein- und -austrittsöffnung 33 und 34 im Deckel in Verbindung sind.
Zur Herstellung des Kühlkörpers gemäß den Abb. i bis 4 und io werden die entsprechend geformten Einzelteile jeder Kammer in der beschriebenen Weise zusammengestellt, jedoch unter Zwischenschaltung eines Blattes a aus Kupferfolie von etwa 0,o5 mm Dicke zwischen die Rippenplatten 2i und die Scheidewand 24 einerseits und den Kammerboden andererseits sowie eines Blattes b aus Kupferfolie von etwa o,i mm Dicke zwischen Rippenplatte, Scheidewand und Kammerdeckel. Das Blatt b hat einen umgebogenen Rand c, der zwischen die einander Übergreifenden Ränder des Bodens und des Deckels der Kammer zu liegen kommt. Die Blätter a und b können gleichzeitig mit der Herstellung von Boden und Deckel geformt oder auch für sich besonders angefertigt und dann eingefügt werden. Sie haben Lbchungen e, die den Öffnungen in Boden und Deckel der Kammern sowie in den Rippenplatten entsprechen. Sodann wird ein Ring d aus Kupferfolie von ungefähr o,o5 mm Dicke über die Flanschen 25 und 26 gestreift und eines der kurzen Rohrstücke 30 über jeden der Flanschen 25 geschoben.
Nachdem in, der beschriebenen Weise eine Anzahl von Kammern je für sich zusammengebaut sind, wird zunächst eine Endkammer umgekehrt auf eine Grundplatte A aus einem nicht lötbaren hitzebeständigen Werkstoff gelegt. Daraüf wird ein Paar Abstandhalteplatten B aus demselben Werkstoff wie die Grundplatte in der Weise gelegt, daß jede der halbkreisförmigen Aussparungen C die kurzen Rohrstutzen 3o teilweise umgreift und die Platten B in der Mitte zusammenstoßen. Nunmehr wird auf die Abstandplatten B eine innere Kammer aufgesetzt, derart, daß jeder der Flanschen, 26 an seinem Deckel in eines der kurzen Rohrstücke 30 eingreift, die über die Flanschen 25 des Kammerbodens geschoben worden sind, auf dem die Abtandplatten liegen. Diese eben beschriebenen Arbeitsvorgänge wiederholen sich nun, bis die gewünschte Anzahl von Kammern übereinander gebaut sind. Dann wird die Kühlerg@undpiatte 15 aufgesetzt, so@ daß ihre B6hrungen 28 die Flanschen 25 am Kammerboden umfassen. Darauf kommt ein Blatt f aus Kupferfolie von ungefähr o,o5 mm Dicke mit Löchern g entsprechend den Löchern in der Grundplatte und Löchern lt, durch die die Bolzen 29 ragen. Das Blatt fliegt zwischen Kammerboden und Grundplatte. Nun wird noch eine Kopfplatte D aus demselben Werkstoff wie die untere Platte A und die Abstandhalter B oben auf die Kühlergrundplatte gelegt, wobei die Bolzen 29 durch Öffnungen der Platte D ragen.
Das zusammengebaute Ganze A-B-D wird nun in einen Ofen gebracht und in einer Atmosphäre von Wasserstoff oder anderen nichtoxydierenden Gasen erhitzt, bis die Blätter und Ringe aus Kupferfolie geschmolzen sind und die verschiedenen Teile des Kühlers miteinander verbunden haben. Die Zungen 36 an den Enden der Scheidewand 24, die in die Rinnen der Platten 21 eingreifen, verhindern ein Verschiebender Wand, ehe sie festgelötet ist. Die Kopfplatte D und die Abstandplatte B halten die zusammengebauten Teile sicher in ihrer Lage, die Abstandplatten verhüten ein etwaiges Verziehen der Kammern unter Wirkung des Gewichtes der Platten D und B während des Lötvorganges.
Nach Beendigung der Hartlötung nimmt man das Ganze aus dem Ofen und läßt es in der zusammengebauten Lage A-B-D erkalten. Hierauf wird die Platte D abgenommen, und die Abstandplatten B werden zwischen den Kammern herausgezogen. Der Kühler ist nun fertig.
Wie in Abb. i angegeben, ist der Kühler io gemäß den Abb. 2, 3, 4 und io für die Verwendung an einer Brennkraftmaschine 37 bestimmt. Dabei wird eine der Öffnungen 31 oder 32 im Gehäuse an die Druckseite der Kühlwasserpumpe 38 und die andere an die zum Kühlmantel der Maschine führende Rohrleitung 39 angeschlossen; ferner ist eine der Öffnungen 33 oder 34 im Deckel des Kühlergehäuses mit der Austrittsseite der Schmierölpumpe 4o und die andere mit einem -die Lager der Maschine mit Öl versorgenden Leitung 41 verbunden. Wenn der Ölkühler eingebaut und die Maschine in Betrieb ist, drückt die Pumpe 4o das Schmieröl durch die eine der Durchflußöffnungen 33 oder 34 im Deckel 13 in den etwa als Eintrittssammelraum zu bezeichnenden Teil des Kühlers, von da in parallelen Strömen durch die verschiedenen Kammern 16 nachdem Austrittssammelraum des Kühlers und sodann durch die andere der Durchflußöffnungen 33 oder 34 in das zu den Lagern der Maschine führende Rohr 41. Unter den Bezeichnungen Eintrittssammelraum und Austrittssammelraum sind die Hohlräume zu verstehen, die sich an die Eintritts- und Austrittsöffnung im Deckel 13 anschließen und sich durch die Grundplatte 15, die inneren Kammern 16 und die Rohrstücke 3o bis zur Endkammer erstrecken. Das Kühlwasser fließt von der Pumpe 38 in das Ölkühlergehäuse, umspült die Kammern 16, wobei es ihnen und damit dem Öl Wärme entzieht oder gegebenenfalls Wärme zuführt, und fließt dann weiter durch das Rohr 39.
Die Rippenplatten 21 verhüten. einerseits Formveränderungen der Kammern unter dem Druck des darin befindlichen Öls, und andererseits fördern sie den Wärmeaustausch zwischen Wasser und Öl. Außerdem bewirken sie eine wiederholte Unterteilung und Wiedervereinigung im Ölfluß durch die Kammern 16 und zwingen die Teilströme zu immerwährenden Richtungswechseln, was die Wirksamkeit des Ölkühlers erheblich erhöht. Hierzu trägt fernerauch die Trenn- oder Leitwand 24 bei, die, wie Abb. io erkennen, läßt, das Öl veranlaßt, sich über den gesamten Innenraum zu verteilen; anstatt unmittelbar vom Eintrittssammelraum zum Austrittssammelraum zu fließen.
Es sei noch bemerkt, daß Ölkühler der beschriebenen Art gegenüber den auftretenden Beanspruchungen viel widerstandsfähiger sind als die bisher üblichen Wasserkühlröhren aufweisenden Kühler mit gelöteten Verbindungsstellen. Die Benutzung von Ölröhren oder Ölkammern anstatt von, Wasserröhren vermindert die Gefahr des Schadhaftwerdens beim Einfrieren des Wassers im Kühler, weil das Wasser besser aus dem Kühler austreten und nicht in Räumen kleiner Abmessungen abgesperrt werden kann. Die Anwendung von Kupfer anstatt gewöhnlichen Lotes zum Verbinden der einzelnen Teile erhöht die mechanische Festigkeit an den Verbindungsstellen und macht sie widerstandsfähiger gegeniiber den Wärmebeanspruchungen während des Betriebes.
Die in den Abb.8, 9 sowie i i, 12, 13 und i4 dargestellten Ölkühler sind demjenigen gemäß den Abb. i bis 4 und io im allgemeinen ähnlich in Aufbau und Wirkung wie auch in der Herstellungsweise. Die folgende Beschreibung der Kühler wird sich daher auf das Herausheben der Unterschiede beschränken.
Der Ölkühler nach den Abb. 8, 9 und i i unterscheidet sich nur insofern von dem oben beschriebenen, als der Deckel 4o des Gehäuses anstatt aus Metallguß aus Blech hergestellt und durch Bolzen mit Muttern am Gehäuse 41 befestigt ist, und ferner daß für den Kühlerkörper eine in zweifacher Hinsicht andere Bauart gewählt ist. Erstens enthält jede Kammer 43 nur eine einzige Platte 44, deren Rippen quer zur Längsrichtung der Kammer stehen, so daß keine Trennwand 24 nötig ist, und zweitens ist ein Teil wie die Grundplatte 15 nicht vorhanden, sondern es sind dafür zwei je an den Öleintritts- und -austrittssammelraum angeschlossene Gewindestutzen 45 vorgesehen, die mittels Muttern 46 am Deckel 4o befestigt sind.
Bei dem Ölkühler gemäß Abb. 12 ist in Abweichung von der eben beschriebenen Bauart der eine der Sammelräume 5o, die sich innerhalb der Kammern 51 und 52 erstrecken, an beiden Enden geschlossen und dafür der andere an beiden Enden offen, aber durch eine Zwischenwand 54 unterteilt, die zwischen der Gruppe der Kammern 51 und der Gruppe der Kammern 52 angeordnet ist. An den Enden dieses Sammelraumes 55 befindet sich je ein Anschlußstutzen 53, von denen der eine am Gehäuse, der andere am Gehäusedeckel gehalten ist. Im Betriebe an einer Brennkraftmaschine fließt das Öl von der Ölpumpe nach dem als Eintrittssammelraum dienenden Teil des Raumes 55, von hier in parallelen Strömen durch die Kammern 51 (oder 52) zu dem Sammelraum 5o und sodann wieder parallel durch die Kammern 52 (oder 51) in den Auslaßteil des Raumes 55 und von da nach den Lagern der Maschine.
Bei dem in Abb. 13 gezeigten Ölkühler sind die Sammelräume 6o der Kammern 61 nahe beieinander an dem einen Ende der Kammern angeordnet, und in jeder Kammer sind nebeneinander zwei Platten 62 mit quer zur Längsrichtung der Kammer liegenden Rippen sowie zwischen den Platten eine Trennwand 63 vorgesehen, die von dem einen Ende der Kammer, wo die Sammelräume einmünden, nach dem entgegengesetzten Kammerende hin verlaufend in einem gewissen Abstand davor endigt. Sie bewirkt, daß das Öl in jeder Kammer 61 von der Eintritts- nach der Austrittsseite in der durch die eingezeichneten Pfeile angedeuteten Weise fließt.
Der Unterschied zwischen dem Kühler nach den Abb.8, 9 und ii und demjenigen nach Abb. 14 besteht nur darin, daß die Ölein- und -austrittsstellen 70 weiter von den Enden der Kammern 71 entfernt liegen, ferner daß in jeder Kammer zwei Rippenplatten 7a nebeneinander mit den Rippen quer zur Längsachse der Kammer vorhanden sind und -zwischen ihnen eine Trennwand 73 liegt, die sich von einem Punkte nahe dem einen Ende der Kammer bis nahe an deren anderes Ende hin erstreckt, wobei sie die Öleintrittsstelle 70 von der einen Seite und die ÖI-austrittsstelle 70 von der entgegengesetzten Seite umschließt. Hierdurch wird bewirkt, daß in jeder Kammer das Öl dem durch die eingezeichneten Pfeile angedeuteten Wege folgt.

Claims

PATEN TAN SPRÜC73E: i. Aus mehreren flachen Kammern oder Hohlplatten mit Ein- und Austrittsöffnungen bestehender Wärmeaustauscher, dessen, Kammern aus je zwei trogförmigen, mit teleskopartig ineinandergreifenden, durch Löten verbundenen Rändern versehenen Teilen gebildet werden und Leitkörper für das zu kühlende Mittel enthalten, die zur Sicherung ihrer Lage in der Kammer mit Vorsprüngen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitkörper (2i)- die Form von ungefähr rechteckig gewellten Blechen aufweisen, deren Wellen quer zur Durchflußrichtung des Wärmeaustauschmittels angeordnet und auf ihrer ganzen Länge mit versetzt zueinander angeordneten Durchbrechungen (22) versehen sind.
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gerippte und gelochte Platten als Leitkörper dienen, zwischen deren einander benachbarten Enden eine Stau- oder Leitwand (24) angeordnet ist.
3. Verfahren zum Herstellen einer Wärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (i6) und die sie ausfüllenden Leitkörper (2i) zusammen mit Einlagen (a, b) aus Kupferfolie zusammengesetzt werden, das Ganze sodann zusammengepreßt und erhitzt wird, bis die Kupferfolie schmilzt und alle Teile miteinander verlötet.