DE9303818U1

DE9303818U1 - Heat exchanger for installation in a motor vehicle radiator tank

Info

Publication number: DE9303818U1
Application number: DE9303818U
Authority: DE
Original assignee: Long Manufacturing Ltd
Current assignee: Dana Canada Corp
Priority date: 1993-03-09
Filing date: 1993-03-09
Publication date: 1993-05-13
Anticipated expiration: 2003-03-10

Description

UEXKÜLL & STOLBERG european patent attorneysUEXKÜLL & STOLBERG european patent attorneys

PATENTANWÄLTEPATENT ATTORNEYS

BESELERSTRASSE 4 DR. ULRICH GRAF STOLBERGBESELERSTRASSE 4 DR. ULRICH GRAF STOLBERG

D-2000 HAMBURG 52 DIPL.-ING. JÜRGEN SUCHANTKED-2000 HAMBURG 52 DIPL.-ING. JÜRGEN SUCHANTKE

DIPL.-ING. ARNULF HUBER
DR. ALLARD von KAMEKE
DIPL.-BIOL. INGEBORG VOELKER DR. PETER FRANCK
DR. GEORG BOTHDIPL.-ING. ARNULF HUBER
DR. ALLARD von KAMEKE
DIPL.-BIOL. INGEBORG VOELKER DR. PETER FRANCK
DR. GEORG BOTH

Long Manufacturing Ltd. (G 35257 HU/Ah/co)Long Manufacturing Ltd. (G 35257 HU/Ah/co)

656 Kerr Street,
Oakville, Ontario656 Kerr Street,
Oakville, Ontario

Kanada, L6K 3E4 Februar 1993 Canada, L6K 3E4 February 1993

Wärmetauscher zur AnbringungHeat exchanger for installation in einem Kraftfahrzeugkühlerbehälterin a motor vehicle radiator tank

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, und insbesondere einen Kraftfahrzeug-Ölkühler, welcher innerhalb eines anderen Wärmetauschers, beispielsweise einem Kraftfahrzeugkühler, angeordnet ist.The invention relates to a heat exchanger, and in particular to a motor vehicle oil cooler which is arranged within another heat exchanger, for example a motor vehicle radiator.

In Kraftfahrzeugen sind häufig Wärmetauscher zum Kühlen von Motoröl oder Getriebeflüssigkeit vorgesehen. Aufgrund der Wärmeübertragungseigenschaften von Öl werden normalerweise flüssigkeitsgekühlte Wärmetauscher anstelle von luftgekühlten Wärmetauschern verwendet. Dies wird am einfachsten in der Weise ausgeführt, daß der Ölkühler oder Wärmetauscher innerhalb des Kühlsystems eines Kraftfahrzeugs, und insbesondere innerhalb des Kühlers angebracht wird.Motor vehicles often have heat exchangers for cooling engine oil or transmission fluid. Due to the heat transfer properties of oil, liquid-cooled heat exchangers are normally used instead of air-cooled heat exchangers. This is most easily done by placing the oil cooler or heat exchanger within the cooling system of a motor vehicle, and in particular within the radiator.

Bislang bestanden Ölkühler des fraglichen Typs, die innerhalb des Kraftfahrzeugkühlers angebracht wurden, aus konzentrischen Rohren, die an beiden Enden geschlossen sind, um dazwischen einen Durchgang für das Öl zu schaffen, während die Motorkühlflüssigkeit um das äußere Rohr und durch das innere Rohr fließt.Until now, oil coolers of the type in question, fitted inside the motor vehicle radiator, consisted of concentric tubes closed at both ends to provide a passage for the oil therebetween, while the engine coolant flows around the outer tube and through the inner tube.

Ein Nachteil bei dieser Art von Ölkühlern besteht darin, daß sie in bezug auf das in dem Kühler eingenommene Volumen einen relativ geringen Wirkungsgrad haben.A disadvantage of this type of oil cooler is that it has a relatively low efficiency in relation to the volume occupied in the cooler.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen in einen Kraftfahrzeugkühler einzubauenden Wärmetauscher zu schaffen, der pro eingenommenem Volumen in dem Kraftfahrzeugkühler einen erhöhten Wirkungsgrad aufweist.It is the object of the invention to provide a heat exchanger that can be installed in a motor vehicle radiator and that has an increased efficiency per volume occupied in the motor vehicle radiator.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient der Wärmetauscher mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.The heat exchanger with the features of claim 1 serves to solve this problem. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims.

Die vorliegende Erfindung schafft einen Wärmetauscher vom Plattentyp, der eine höhere Wirksamkeit pro eingenommenem Kühlervolumen aufweist und dennoch eine genügende Festigkeit hat, um den hohen Öldruckwerten zu widerstehen, die häufig in solchen Öl- oder Getriebeflüssigkeits-Kühlsystemen auftreten.The present invention provides a plate-type heat exchanger that has a higher efficiency per occupied cooler volume and yet has sufficient strength to withstand the high oil pressures that are often encountered in such oil or transmission fluid cooling systems.

Der Wärmetauscher gemäß der Erfindung enthält eine Mehrzahl von uberexnandergeschichteten Platten, die zu Vorderseite-an-Vorderseite liegenden Paaren angeordnet sind, von denen jedes eine erste Platte und eine zweite Platte aufweist. Die erste Platte hat einen ebenen Mittelbereich, einen erhöhten, auf einem Niveau liegenden Umfangsrand, welcher über den Mittelbereich hervorragt, und gegenüberliegende, auf einem Niveau liegende Endvorsprünge, die über den Mittelbereich hervorragen. Die zweite Platte jedes Vorderseite-an-Vorderseite liegenden Plattenpaars hat einen Umfangsrand, welcher mit dem Umfangsrand der ersten Platte verbunden ist, einen Mittelbereich, welcher mit Abstand zu dem Mittelbereich der ersten Platte liegt, und gegenüberliegende, auf einem Niveau liegende Endvorsprünge, die über den Mittelbereich der zweiten Platte hervorragen. Auf den Mittelbereichen der ersten und zweiten Platten sind gegenüberliegende Deckschichten gebildet. Ein ebener Verwirbler ist zwischen der ersten und der zweiten Platte jedes Vorderseite-an-VorderseiteThe heat exchanger according to the invention includes a plurality of stacked plates arranged in face-to-face pairs, each of which includes a first plate and a second plate. The first plate has a planar central region, a raised, level peripheral edge projecting above the central region, and opposed, level end projections projecting above the central region. The second plate of each face-to-face plate pair has a peripheral edge connected to the peripheral edge of the first plate, a central region spaced from the central region of the first plate, and opposed, level end projections projecting above the central region of the second plate. Opposing cover layers are formed on the central regions of the first and second plates. A planar swirler is disposed between the first and second plates of each face-to-face plate.

liegenden Plattenpaars angeordnet, wobei der Verwirbler einen umlaufenden Randbereich aufweist, der zwischen der ersten und der zweiten Platte in den Zwischenbereich zwischen den Mittelbereichen und den Rändern der ersten und zweiten Platten hineinreicht. Ferner ist eine Mehrzahl von mit Abstand zueinander liegenden, nach außen hervorragenden Einsenkungen in den Mittelbereichen der ersten und zweiten Platten gebildet, wobei die Einsenkungen auf die gleiche Höhe wie die Endvorsprünge hervorragen. Die erste Platte eines Plattenpaars ist Rückseite-an-Rückseite mit der zweiten Platte eines benachbarten Plattenpaars angeordnet. Die Einsenkungen und die Endvorsprünge sind miteinander verbunden, und jedes Plattenpaar weist Einlaß- und Auslaßöffnungen zum Durchfluß einer Flüssigkeit durch das Plattenpaar entlang des Verwirblers auf.arranged in a pair of plates lying next to one another, the swirler having a peripheral edge region which extends between the first and second plates into the intermediate region between the central regions and the edges of the first and second plates. Furthermore, a plurality of spaced-apart, outwardly projecting depressions are formed in the central regions of the first and second plates, the depressions projecting to the same height as the end projections. The first plate of a pair of plates is arranged back-to-back with the second plate of an adjacent pair of plates. The depressions and the end projections are connected to one another, and each pair of plates has inlet and outlet openings for the flow of a liquid through the pair of plates along the swirler.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments in the drawings, in which:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Ölkühlers;Figure 1 is a perspective view of a preferred embodiment of an oil cooler;

Figur 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Teils des Ölkühlers aus Figur 1;Figure 2 is an exploded perspective view of a portion of the oil cooler of Figure 1;

Figur 3 eine Teilansicht im Schnitt entlang der Linie 3-3 aus Figur 1, wobei eine alternative Ausführungsform dargestellt ist;Figure 3 is a partial sectional view taken along line 3-3 of Figure 1, showing an alternative embodiment ;

Figur 4 eine Teilansicht im Schnitt entlang der Linie 4-4 aus Figur 1;Figure 4 is a partial sectional view taken along line 4-4 of Figure 1;

Figur 5 eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie 5-5 aus Figur 2;Figure 5 is an enlarged sectional view taken along line 5-5 of Figure 2;

Figur 6 eine vergrößerte Aufsicht entlang der Linie 6-6 aus Figur 2;Figure 6 is an enlarged plan view taken along line 6-6 of Figure 2;

Figur 7 eine Teilansicht im Schnitt entlang der Linie 7-7 aus Figur 6, wobei zwei übereinandergeschichtete Plattenpaare vor dem Hartlöten gezeigt sind; undFigure 7 is a partial sectional view taken along line 7-7 of Figure 6 showing two stacked pairs of plates prior to brazing; and

Figur 8 eine Teilansicht im Schnitt ähnlich der von Figur I₁ wobei die übereinandergeschichteten Plattenpaare nach dem Hartlöten gezeigt sind.Figure 8 is a partial sectional view similar to that of Figure ₁₁ showing the stacked plate pairs after brazing.

In Figur 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform des Ölkühlers oder Wärmetauschers gezeigt und allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Der Wärmetauscher 10 ist aus einer Mehrzahl von Vorderseite-an-Vorderseite liegenden Plattenpaaren 12 gebildet, die unten genauer im Zusammenhang Figur 2 beschrieben werden. Ein oberes Plattenpaar 14 hat eine glatte Deckplatte 16 und ein unteres Plattenpaar 18 eine glatte Bodenplatte 20, wobei die Deckplatte 16 und die Bodenplatte 20 aber auch, wenn gewünscht, mit Einsenkungen 36, wie in Figur 2 gezeigt, versehen sein können. Der Wärmetauscher 10 weist ferner Stutzen 22 mit Außengewinde auf, die durch Gesenkschmieden an geeigneten kreisförmigen Öffnungen in der Deckplatte 16 gebildet sind. Ein Stutzen 22 dient als Einlaß und der andere Stutzen 22 als Auslaß für den Öldurchfluß durch den Wärmetauscher 10, beispielsweise für Motoröl oder Getriebeflüssigkeit.A preferred embodiment of the oil cooler or heat exchanger is shown in Figure 1 and is generally designated by the reference numeral 10. The heat exchanger 10 is formed from a plurality of front-to-front plate pairs 12, which are described in more detail below in connection with Figure 2. An upper plate pair 14 has a smooth top plate 16 and a lower plate pair 18 has a smooth bottom plate 20, although the top plate 16 and bottom plate 20 may, if desired, be provided with depressions 36 as shown in Figure 2. The heat exchanger 10 further comprises externally threaded nozzles 22 formed by drop forging at suitable circular openings in the top plate 16. One nozzle 22 serves as an inlet and the other nozzle 22 as an outlet for the flow of oil through the heat exchanger 10, for example for engine oil or transmission fluid.

In Figur 2 ist ein typisches Vorderseite-an-Vorderseite liegendes Plattenpaar 12 in perspektivischer Explosionsdarstellung gezeigt. Das Plattenpaar 12 weist eine erste oder untere Platte 24 und eine zweite oder obere Platte 26 auf. Die erste Platte 24 weist einen ebenen Mittelbereich 28, einen auf einem Niveau liegenden, erhöhten Umfangsrand 30, der über den Mittelbereich 28 herausragt oder, anders ausgedrückt, auf einem Niveau oberhalb des Mittelbereichs 28 liegt. Die erste Platte 24 ist ferner mit gegenüberliegenden, auf einem Niveau liegenden Endvorsprüngen 32 versehen, die nach unten oder auf ein Niveau unterhalb des Mittelbereichs 28 herausragen.In Figure 2, a typical front-to-front plate pair 12 is shown in exploded perspective. The plate pair 12 includes a first or lower plate 24 and a second or upper plate 26. The first plate 24 has a planar central region 28, a level raised peripheral edge 30 which projects beyond the central region 28 or, in other words, is at a level above the central region 28. The first plate 24 is further provided with opposing level end projections 32 which project downwardly or to a level below the central region 28.

In der bevorzugten Ausführungsform sind die ersten und zweiten Platten 24, 26 identisch, so daß die Angaben "unter" und "über" in bezug auf den Mittelbereich 28 der ersten Platte 24 in bezug auf den Mittelbereich 28 der zweiten Platte 26 umgekehrt gelten, wie in Figur 2 zu sehen ist.In the preferred embodiment, the first and second plates 24, 26 are identical, so that the terms "below" and "above" with respect to the central region 28 of the first plate 24 are reversed with respect to the central region 28 of the second plate 26, as can be seen in Figure 2.

Die Enden der Platten 16, 20, 24 und 26 sind abgerundet, und die Endvorsprünge 32 der Platten 24, 26 sind mit "D"-förmigen Öffnungen 34 ausgebildet, wobei nach Wunsch aber auch jede andere Öffnungsform gewählt werden kann. Die D-förmigen Öffnungen haben einen Öffnungsrand 35, der um die D-förmigen Öffnungen 34 verläuft. Wie oben erwähnt, ist die glatte Deckplatte 16 mit kreisförmigen Öffnungen versehen, um die Stutzen 22 anzubringen. In der glatten Bodenplatte 20 sind keine Öffnungen gebildet.The ends of the plates 16, 20, 24 and 26 are rounded and the end projections 32 of the plates 24, 26 are formed with "D" shaped openings 34, but any other shape of opening may be selected as desired. The D-shaped openings have an opening rim 35 which extends around the D-shaped openings 34. As mentioned above, the smooth top plate 16 is provided with circular openings for mounting the studs 22. No openings are formed in the smooth bottom plate 20.

Die ersten und zweiten Platten 24, 26 sind mit einer Mehrzahl von mit Abstand zueinander angeordneten Einsenkungen 36 versehen. Bezugnehmend auf die erste Platte 24 ragen die Einsenkungen 36 von dem Mittelbereich 28 nach unten auf gleiche Höhe oder auf das gleiche Ebenenniveau wie die Endvorsprünge 32 hervor, so daß, wenn zwei der Platten 24, 26 Rückseite-an-Rückseite gelegt sind, wie am besten in Figur 3 zu sehen, die jeweiligen Einsenkungen 36 und Endvorsprünge 32 in einer gemeinsamen Ebene aneinanderliegen. The first and second plates 24, 26 are provided with a plurality of spaced apart depressions 36. Referring to the first plate 24, the depressions 36 project downwardly from the central region 28 to the same height or to the same plane level as the end projections 32, so that when two of the plates 24, 26 are laid back-to-back, as best seen in Figure 3, the respective depressions 36 and end projections 32 lie against one another in a common plane.

Innerhalb jedes Vorderseite-an-Vorderseite liegenden Plattenpaars 12 einschließlich des oberen Plattenpaars 14 und des unteren Plattenpaars 18 ist ein Verwirbler 38 angeordnet. In der bevorzugten Gestaltung ist der Verwirbler mit parallelen, sinusförmigen Bahnen in versetzter Anordnung geformt, obwohl nach Wunsch auch andere Gestaltungen verwendet werden können. Die Länge des Verwirblers 38 entspricht der Länge des Mittelbereichs 28 der Platte, und die Breite des Verwirblers 38 entspricht dem Abstand zwischen den gegenmüberliegenden Bereichen des Umfangsrands 30. Die Dicke des Verwirblers 38 ist so bemessen, daß, nachdem die Plattenpaare aneinandergesetzt und der WärmetauscherA swirler 38 is disposed within each face-to-face plate pair 12, including the upper plate pair 14 and the lower plate pair 18. In the preferred configuration, the swirler is formed with parallel, sinusoidal paths in a staggered arrangement, although other configurations may be used if desired. The length of the swirler 38 corresponds to the length of the central portion 28 of the plate, and the width of the swirler 38 corresponds to the distance between the opposing portions of the peripheral edge 30. The thickness of the swirler 38 is such that after the plate pairs are placed together and the heat exchanger

-&bgr;--β-

10 beispielsweise durch Hartlöten zusammengefügt ist, die Plattenmittelberexche 28 in Verbindung und in guten thermischem Kontakt mit dem Verwirbler 38 stehen, wie unten genauer erläutert wird.10 is joined together, for example by brazing, the plate center regions 28 are connected and in good thermal contact with the swirler 38, as explained in more detail below.

Die Einsenkungen 36 sind mit gleichförmigem Abstand über den Mittelbereich 28 der Platten verteilt. Eine Hauptfunktion der Einsenkungen 36 besteht darin, die Plattenmittelberexche 28 abzustützen und zu verhindern, daß die Mittelbereiche sich durchbiegen, wenn die Platten auf Löttemperatur aufgeheizt werden. Die Mittelbereiche 28 müssen während des Lötvorgangs flach und in vollständigem Kontakt mit dem Verwirbler 38 gehalten werden, um einen guten Wärmeleitungskontakt zwischen dem Verwirbler und den Platten zu erhalten. Eine weitere Funktion der Einsenkungen besteht darin, Turbulenzen in dem Kühlmittel zu verursachen, um dadurch die Wärmeübertragungsfähigkeit des Wärmetauschers zu verbessern. Wenn die Platten Rückseite-an-Rückseite angeordnet sind, halten die Einsenkungen 36 die Platten in Abstand zueinander, so daß das Kühlmittel einen Durchflußweg zwischen den Rückseite-an-Rückseite liegenden Platten hat. Die Höhe der Einsenkungen 36 sollte dahingehend optimiert werden, daß die Einsenkungen hoch genug sind, um den Durchfluß von Kühlmittel zwischen den Rückseite-an-Rückseite liegenden Platten zu erlauben, aber andererseits nicht zu hoch sind, damit die Gesamtgröße des Wärmetauschers 10 so gering wie möglich gehalten wird.The depressions 36 are evenly spaced throughout the center region 28 of the plates. A primary function of the depressions 36 is to support the plate center regions 28 and prevent the center regions from flexing when the plates are heated to brazing temperature. The center regions 28 must be kept flat and in full contact with the swirler 38 during the brazing process to maintain good heat conduction contact between the swirler and the plates. Another function of the depressions is to create turbulence in the coolant to thereby improve the heat transfer capability of the heat exchanger. When the plates are arranged back-to-back, the depressions 36 keep the plates spaced apart so that the coolant has a flow path between the back-to-back plates. The height of the depressions 36 should be optimized such that the depressions are high enough to allow the flow of coolant between the back-to-back plates, but on the other hand are not too high so that the overall size of the heat exchanger 10 is kept as small as possible.

Die Einsenkungen 36 sind vorzugsweise von genügender Größe, um flache Boden- oder Außenflächen zu haben, die eine gute Verbindung zwischen aneinanderliegenden Einsenkungen 36 ergeben. Wie am besten in den Figuren 3 und 4 zu sehen, sollte der Radius der Schultern in den Einsenkungen so sein, daß scharfe Kanten vermieden werden oder Einsenkungen infolge von hohen Drücken in dem Wärmetauscher 10 brechen.The depressions 36 are preferably of sufficient size to have flat bottom or outer surfaces which provide a good connection between adjacent depressions 36. As best seen in Figures 3 and 4, the radius of the shoulders in the depressions should be such as to avoid sharp edges or depressions breaking due to high pressures in the heat exchanger 10.

Die Einsenkungen 36 sollten im Durchmesser auch nicht zu groß sein, da der von den Einsenkungen 36 eingenommene Oberflächenbereich des Mittelbereichs 28 einen Flächenbereich darstellt, der nicht in Kontakt mit dem Verwirbler 38 ist und dadurch die Wärmeübertragungsfähigkeit des Wärmetauschers 10 vermindert. Für Fachleute ist offensichtlich, daß die Anzahl und Größe der Einsenkungen 36 so zu wählen ist, daß eine ausreichende Festigkeit und Abstützung der Plattenmittelbereiche während des Lötvorgangs erreicht wird und daß die durch Turbulenzen in dem Kühlmittel bewirkte Erhöhung der Wärmeübertragungsfähigkeit ausgeglichen wird durch den Verlust an Wärmeübertragungsfähigkeit aufgrund zu zahlreicher oder zu großer Einsenkungen. Es wurde gefunden, daß für Platten mit Mittelbereichen 28 mit einer Breite von etwa 4 cm Einsenkungen mit einem Durchmesser von 0,5 cm und einem Abstand in Längsrichtung von 2,5 bis 3 cm und in Querrichtung vbon 2 bis 3 cm einen vorteilhaften Ausgleich bieten, wobei für die Platten Aluminium mit der Stärke von 0,07 bis 0,08 cm verwendet wird.The depressions 36 should also not be too large in diameter, since the surface area of the central region 28 occupied by the depressions 36 represents a surface area that is not in contact with the swirler 38 and thereby reduces the heat transfer capability of the heat exchanger 10. It is obvious to those skilled in the art that the number and size of the depressions 36 must be selected so that sufficient strength and support of the plate central regions is achieved during the brazing process and that the increase in heat transfer capability caused by turbulence in the coolant is balanced by the loss of heat transfer capability due to too many or too large depressions. It has been found that for plates with central regions 28 with a width of about 4 cm, depressions with a diameter of 0.5 cm and a distance in the longitudinal direction of 2.5 to 3 cm and in the transverse direction of 2 to 3 cm offer an advantageous compensation, whereby aluminum with a thickness of 0.07 to 0.08 cm is used for the plates.

In Figur 2 ist gezeigt, daß die Platten 24, 26 mit inneren Zungen 42 gestaltet sind, die von der Öffnungskante 35 hervorragen. Die inneren Zungen 42 sind an jeder Platte nur an einem Ende angeordnet, so daß beim Zusammenbau die inneren Zungen 42, wie etwa die der ersten Platte 24, um die Öffnungskante 35 der angesetzten Platte 26 geknickt werden können, wenn die Platten Rückseite-an-Rückseite zusammengefügt sind, um ein Rückseite-an-Rückseite liegendes Plattenpaar 44 zu bilden. Dadurch wird verhindert, daß sich die Platten eines Rückseite-an-Rückseite liegenden Plattenpaars 44 in Längsrichtung oder Querrichtung gegeneinander bewegen. Die inneren Zungen 4 2 sind jedoch nicht unbedingt erforderlich und können fortgelassen werden, wenn die Ausrichtung der Plattenpaare zueinander kein Problem darstellt.In Figure 2, it is shown that the panels 24, 26 are designed with inner tongues 42 which protrude from the opening edge 35. The inner tongues 42 are arranged on each panel at only one end so that during assembly the inner tongues 42, such as those of the first panel 24, can be folded around the opening edge 35 of the attached panel 26 when the panels are joined back-to-back to form a back-to-back panel pair 44. This prevents the panels of a back-to-back panel pair 44 from moving longitudinally or transversely relative to one another. The inner tongues 42 are not, however, absolutely necessary and can be omitted if the alignment of the panel pairs with respect to one another is not a problem.

In Figur 2 ist weiterhin gezeigt, daß die Platten 24, 26 an gegenüberliegenden Enden mit am Außenumfang liegenden Zungen 40 versehen sind. Die am Außenumfang liegenden Zungen 40 sind anIn Figure 2 it is further shown that the plates 24, 26 are provided with tongues 40 on the outer circumference at opposite ends. The tongues 40 on the outer circumference are

jeder Platte diametral gegenüberliegend angeordnet, so daß beim Zusammenbau die am Außenumfang liegenden Zungen 4 0 einer Platte, wie beispielsweise die der ersten Platte 24, über den Umfangsrand 30 der angesetzten Platte, wie beispielsweise der zweiten Platten 26, geknickt werden können, wenn sich die Platten in Vorderseite-an-Vorderseite liegender Anordnung befinden, um ein Vorderseite-an-Vorderseite liegendes Plattenpaar 12 zu bilden, wie am besten in Figur 1 zu erkennen ist. Dadurch wird verhindert, daß die Platten der Vorderseite-an-Vorderseite liegenden Plattenpaare 12 sich in Längsrichtung oder in Querrichtung relativ zueinander bewegen können. Wiederum sind die am Außenumfang liegenden Zungen 40 nicht unbedingt erforderlich und können fortgelassen werden, wenn die Ausrichtung der Platten kein Problem darstellt.each plate diametrically opposed so that during assembly the peripheral tongues 40 of one plate, such as the first plate 24, can be folded over the peripheral edge 30 of the attached plate, such as the second plates 26, when the plates are in face-to-face arrangement to form a face-to-face plate pair 12 as best seen in Figure 1. This prevents the plates of the face-to-face plate pairs 12 from moving longitudinally or transversely relative to one another. Again, the peripheral tongues 40 are not essential and can be omitted if alignment of the plates is not a problem.

In einer links in Figur 3 dargestellten abgewandelten Ausführungsform können die inneren Zungen 4 2 verwendet werden, um die ersten und zweiten Platten eines Rückseite-an-Rückseite liegenden Plattenpaars in Ausrichtung zu halten, ohne die inneren Zungen 42 umzuknicken. In ähnlicher Weise können die am Außenumfang liegenden Zungen 40 verwendet werden, um die ersten und zweiten Platten des Vorderseite-an-Vorderseite liegenden Plattenpaars in Ausrichtung zueinander zu halten, ohne die am Außenumfang liegenden Zungen 40 umzuknicken. Für Fachleute ist leicht zu erkennen, daß die am Außenumfang liegenden Zungen 40 und die inneren Zungen 42 verwendet werden können, um die übereinander geschichteten Platten zueinander auszurichten oder die Platten mechanisch miteinander zu verbinden. Der Wärmetauscher kann weiterhin modifiziert werden, indem die am Außenumfang liegenden Zungen 40 und die inneren Zungen 42 fortgelassen werden und die Platten in der oben beschriebenen Form zusammengesetzt werden, wie in Figur 3 gezeigt.In a modified embodiment shown on the left in Figure 3, the inner tongues 42 can be used to hold the first and second plates of a back-to-back plate pair in alignment without folding the inner tongues 42. Similarly, the outer peripheral tongues 40 can be used to hold the first and second plates of the front-to-front plate pair in alignment without folding the outer peripheral tongues 40. Those skilled in the art will readily appreciate that the outer peripheral tongues 40 and the inner tongues 42 can be used to align the stacked plates with each other or to mechanically connect the plates together. The heat exchanger can be further modified by omitting the outer peripheral tongues 40 and the inner tongues 42 and assembling the plates in the form described above as shown in Figure 3.

In der bevorzugten Aus führungs form wird für alle Komponenten des Wärmetauschers 10 Aluminium verwendet. Die Stutzen 22 und die Verwirbler 38 sind aus Aluminiumlegierungen hergestellt und dieIn the preferred embodiment, aluminum is used for all components of the heat exchanger 10. The nozzles 22 and the swirlers 38 are made of aluminum alloys and the

Platten 16, 20, 24 und 26 sind mit hartlötbarem Aluminium gebildet, was Aluminium mit einem niedrigeren Schmelzpunkt ist, oder mit einer Aluminium-Lötlegierungsschicht 50 an den Außenflächen, wie am besten in den Figuren 5, 7 und 8 zu sehen ist, wobei die Deckschichten 50 jeweils eine Dicke von 8 bis 10% der Dicke der Platte haben.Plates 16, 20, 24 and 26 are formed with brazable aluminum, which is aluminum having a lower melting point, or with an aluminum brazing alloy layer 50 on the outer surfaces, as best seen in Figures 5, 7 and 8, with the cover layers 50 each having a thickness of 8 to 10% of the thickness of the plate.

Wie am besten in den Figuren 7 und 8 zu erkennen ist, ist die Dicke des Verwirblers 38 im wesentlichen gleich dem Abstand zwischen den Mittelbereichen 28 der ersten und zweiten Platte ohne die Deckschichten 50. Anders ausgedrückt ist die Dicke des Verwirblers 38 größer als der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Deckschichten 50 der Mittelbereiche 28 der ersten und zweiten Platte nach dem endgültigen Zusammenbau. Der Grund dafür liegt darin, daß diese Deckschichten 50 während des Hartlötvorgangs schmelzen, alle außen liegenden Flächen des Verwirblers 38 in die Deckschicht 50 eingebettet werden und der Verwirbler 38 mit den Plattenmittelbereichen 28 verlötet wird mit gutem Wärmeübertragungskontakt und mit einen minimalen Strömungswiderstand oder Druckabfall für Öl, das durch oder entlang des Verwirblers 38 strömt, wie weiter unten näher beschrieben wird.As best seen in Figures 7 and 8, the thickness of the swirler 38 is substantially equal to the distance between the center regions 28 of the first and second plates without the cover layers 50. In other words, the thickness of the swirler 38 is greater than the distance between the opposing cover layers 50 of the center regions 28 of the first and second plates after final assembly. This is because these cover layers 50 melt during the brazing process, all of the external surfaces of the swirler 38 become embedded in the cover layer 50, and the swirler 38 is brazed to the plate center regions 28 with good heat transfer contact and with a minimum flow resistance or pressure drop for oil flowing through or along the swirler 38, as will be described in more detail below.

Der Zusammenbau des Wärmetauschers 10 beginnt, indem die Platten 24, 26 Vorderseite-an-Vorderseite oder Rückseite-an-Rückseite angeordnet werden, wie am besten in Figur 2 zu sehen ist, so daß die D-förmigen Öffnungen 34 und die Umfangsränder 30 in Überdeckung kommen. Wenn innere Zungen 42 vorhanden sind, können diese Zungen zunächst umgeknickt werden, um ein Rückseite-an-Rückseite liegendes Plattenpaar 44 zu bilden. Anschließend wird ein Verwirbler 38 in den Hohlraum zwischen den Mittelbereichen 28 jedes Vorderseite-an-Vorderseite liegenden Plattenpaars 12 eingesetzt. Wenn am Außenumfang liegende Zungen 40 vorhanden sind, können diese über den Umfangsrandbereich 30 der anliegenden Platte umgeknickt werden. Alternativ können zunächst mehrere Plattenpaare 12 mit Verwirblern darin zusammengesetzt werden, und dann aufeinander geschichtet werden, wobei in diesem FallAssembly of the heat exchanger 10 begins by arranging the plates 24, 26 face-to-face or back-to-back, as best seen in Figure 2, so that the D-shaped openings 34 and the peripheral edges 30 are in register. If inner tongues 42 are present, these tongues can first be folded over to form a back-to-back plate pair 44. A swirler 38 is then inserted into the cavity between the central regions 28 of each front-to-front plate pair 12. If outer peripheral tongues 40 are present, these can be folded over the peripheral edge region 30 of the adjacent plate. Alternatively, several plate pairs 12 with swirlers therein can first be assembled and then stacked on top of each other, in which case

die Zungen 4 2 nicht ungeknickt würden oder überhaupt verwendet würden. Das spezielle Verfahren oder die Abfolge der Aufschichtung der Platten 24, 26 spielt keine Rolle, als Ergebnis erhält man eine Mehrzahl von aufgeschichteten Plattenpaaren, wie in den Figuren 2 und 7 dargestellt.the tongues 4 2 would not be unbent or used at all. The specific method or sequence of stacking the plates 24, 26 is not important, the result is a plurality of stacked plate pairs as shown in Figures 2 and 7.

Das obere Plattenpaar 14 wird dann durch Gesenkschmieden von Stutzen 22 auf der glatten Deckplatte 16 bearbeitet und auf eine der oberen Platten aufgesetzt, wie in den Figuren 1 und 3 gezeigt. Das untere Plattenpaar 18 wird anschließend mit einer glatten Bodenplatte 20 gebildet, die unter der Bodenplatte 26 angesetzt wird, wie in den Figuren 3 und 4 gezeigt ist.The upper plate pair 14 is then machined by swaging bosses 22 onto the smooth cover plate 16 and placed onto one of the upper plates as shown in Figures 1 and 3. The lower plate pair 18 is then formed with a smooth bottom plate 20 placed beneath the bottom plate 26 as shown in Figures 3 and 4.

Wie am besten in Figur 6 zu erkennen ist, ist der Verwirbler 38 normalerweise in Längsrichtung nicht gerade, sondern ist in Querrichtung leicht gewölbt, da das Metall, aus dem die Verwirbler hergestellt werden, normalerweise in aufgerollter Form angeliefert wird. Dies verursacht, daß die Ecken 52 und die Mittelbereiche 54 überlappen mit oder aufgeschoben werden auf den Radius- oder Zwischenbereich 29 zwischen dem Mittelbereich 28 und dem Umfangsrand 30. Jedoch gleichen die Deckschichten 50 und die Zwischenbereiche 29 diese Überlappung beim Lötvorgang aus, wie als nächstes beschrieben wird.As best seen in Figure 6, the swirler 38 is not normally straight lengthwise, but is slightly curved in the transverse direction since the metal from which the swirlers are made is normally supplied in a rolled form. This causes the corners 52 and the central regions 54 to overlap or slide onto the radius or intermediate region 29 between the central region 28 and the peripheral edge 30. However, the cover layers 50 and the intermediate regions 29 compensate for this overlap during the brazing process as will be described next.

Sobald der Wärmetauscher zusammengesetzt ist, wird er in einen Lötofen eingestellt und mit einer geeigneten Halterung in seiner Orientierung fixiert, um alle aneinanderliegenden Oberflächen durch Hartlöten zu verbinden. Bevor die Anordnung in den Lötofen eingebracht wird, haben die übereinandergeschichteten Platten, wie in Figur 7 gezeigt, einen Abstand von etwa 0,3 mm zwischen den Umfangsrändern 30 aufgrund der Dicke des Verwirblers 38 wie zuvor erläutert. Die übereinandergeschichteten Platten werden dann zusammengedrückt und, sobald die Deckschichten 50 schmelzen, kommen die Umfangsränder 30 in Kontakt miteinander, wodurch jegliche Fehlausrichtungen und Maßtoleranzen ausgeglichen werden und ein flüssigkeitsdichter Aufbau geschaffen wird.Once the heat exchanger is assembled, it is placed in a brazing furnace and fixed in orientation with a suitable fixture to braze all of the abutting surfaces together. Before the assembly is placed in the brazing furnace, the stacked plates, as shown in Figure 7, have a gap of about 0.3 mm between the peripheral edges 30 due to the thickness of the swirler 38 as previously explained. The stacked plates are then pressed together and, as the face sheets 50 melt, the peripheral edges 30 come into contact with each other, compensating for any misalignments and dimensional tolerances and creating a liquid-tight structure.

Nach der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung ist leicht erkennbar, daß die beschriebene Struktur auf verschiedene Weise abgewandelt werden kann. Unter bestimmten Bedingungen kann es wünschenswert sein, die Position der Stutzen 22, die als Einlaß und Auslaß für das Öl dienen, zu verändern. Beispielsweise könnte ein Stutzen 22 in der Deckplatte 16 und der andere Stutzen 22 in der Bodenplatte 20 angeordnet werden. Für den Fall, daß die Stutzen 22 jeweils am gleichen Ende der Deck- und Bodenplatten 16, 20 angeordnet sind, könnte eine Mittelplatte ohne Öffnung an diesem Ende im mittleren Bereich des Wärmetauschers 10 angeordnet werden.Having described the preferred embodiments of the invention, it will be readily apparent that the structure described can be modified in various ways. Under certain conditions, it may be desirable to change the position of the nozzles 22 which serve as inlet and outlet for the oil. For example, one nozzle 22 could be arranged in the cover plate 16 and the other nozzle 22 in the base plate 20. In the event that the nozzles 22 are arranged at the same end of the cover and base plates 16, 20, a center plate without an opening at that end could be arranged in the middle region of the heat exchanger 10.

Der Wärmetauscher 10 kann aus anderen Materialien als Aluminium hergestellt sein, beispielsweise aus Edelstahl oder Messing. Im Falle von Edelstahl könnte eine Löt-Deckschicht aus Kupfer oder dünnem Kupferblech oder -platten verwendet werden. Zur Erläuterung des Begriffs "Deckschicht" im Sinne der Offenbarung dieser Erfindung sei angemerkt, daß daruntger jegliches Material zu verstehen ist, das geeignet ist, die jeweiligen Komponenten miteinander zu verbinden, wie etwa eine Metallbeschichtung oder -ablagerung, eine gesonderte Schicht aus Hartlötmaterial, Lötmetall oder sogar ein geeigneter Klebstoff. Es ist offensichtlich, daß eine beliebige Anzahl von Plattenpaaren verwendet werden kann. Anstelle von Hartlöten kann auch Weichlöten angewendet werden, jedoch wird dieses Verfahren im allgemeinen eine weniger feste Verbindung ergeben und könnte daher die Festigkeitsforderungen nicht erfüllen. Die Länge der Platten kann einfach erhöht werden und die Einsenkungen in Längsrichtung mit Durchmesser und Abstand wie oben beschrieben wiederholt werden. Wenn sowohl die Länge als auch die Breite des Wäremtauschers verändert werden soll, kann es erforderlich sein, den Durchmesser und den Abstand der Einsenkungen leicht zu variieren, um die oben diskutierten Konstruktionsparameter auf einem Optimalwert aufrechtzuerhalten.The heat exchanger 10 may be made of materials other than aluminum, such as stainless steel or brass. In the case of stainless steel, a brazing cover layer of copper or thin copper sheet or plates could be used. For the purposes of the disclosure of this invention, the term "cover layer" is understood to mean any material suitable for bonding the respective components together, such as a metal coating or deposit, a separate layer of brazing material, solder or even a suitable adhesive. It will be appreciated that any number of pairs of plates may be used. Soldering may be used instead of brazing, but this method will generally result in a less strong connection and may therefore not meet the strength requirements. The length of the plates may simply be increased and the longitudinal depressions repeated with diameter and spacing as described above. If both the length and width of the heat exchanger are to be changed, it may be necessary to slightly vary the diameter and spacing of the depressions in order to maintain the design parameters discussed above at an optimum value.

Aus der vorhergehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß der Ölkühler der vorliegenden Erfindung ein Wärmetauscher mit hoherFrom the foregoing description, it is apparent that the oil cooler of the present invention is a high performance heat exchanger.

Wirksamkeit und großer struktureller Festigkeit sowie einem relativ geringen Druckabfall beim Durchfluß des Kühlmittels ist.effectiveness and high structural strength as well as a relatively low pressure drop during the flow of the coolant.

Claims

Protection claims

1. Heat exchangers, in particular motor vehicle oil coolers, with:

a plurality of stacked plates (24, 26) arranged in face-to-face pairs (12), each of which comprises a first plate (24) and a second plate (26), the first plate (24) having a planar central region (28), a raised, level peripheral edge (30) projecting above the central region (28), and opposing, level end projections (32) projecting above the central region (28), and the second plate (26) of each face-to-face plate pair (12) having a peripheral edge (30) connected to the peripheral edge (30) of the first plate (24), a central region (28) spaced from the central region (28) of the first plate (24), and opposing, level end projections (32) projecting above the Central region (28) of the second plate (26) protrude,

opposite cover layers (50) formed on the central regions (28) of the first and second plates (24, 26),

a planar swirler (38) disposed between the first (24) and second plates (26) of each front-to-front plate pair (12), the swirler (38) having a peripheral edge region (52, 54) extending between the first and second plates into the intermediate region between the central regions (28) and the edges (30) of the first and second plates, and

a plurality of spaced-apart, outwardly projecting depressions (36) formed in the central regions (28) of the first and second plates (24, 26), the depressions (36) projecting to the same height as the end projections (32),

wherein the first plate (24) of a plate pair (12) is arranged back-to-back with the second plate (26) of an adjacent plate pair and the depressions (36) and the end projections (32) are connected to each other, and each plate pair (12) has inlet and outlet openings (34) for the flow of a liquid through the plate pair (12) along the swirler (38).

2. A heat exchanger according to claim 1, wherein the first and second plates (24, 26) of each front-to-front plate pair (12) are identical.

3. A heat exchanger according to claim 2, wherein the inlet and outlet openings (34) in the opposite end projections (32) of each plate (24, 26) are formed such that in a stack of back-to-back plate pairs all the inlet openings (34) are aligned with each other and all the outlet openings (34) are aligned with each other.

4. Heat exchanger according to claim 3, wherein the plates (24, 26) have rounded end portions and the inlet and outlet openings (34) are D-shaped.

5. Heat exchanger according to claim 1, wherein the depressions (36) are distributed at a uniform distance over the plate center regions (28).

6. Heat exchanger according to claim 2, wherein the depressions (36) have such dimensions that the surface of the depressions (36) not in contact with the swirler (38) is mini-

times so as not to impair the heat transfer between the swirler (38) and the plate center areas (28).

7. Heat exchanger according to claim 2, wherein the depressions (36) have substantially flat outer surfaces.

8. Heat exchanger according to claim 2, wherein the swirler (38) has a transverse width substantially the same as the distance between the peripheral edges (30) of the plates.

9. Heat exchanger according to claim 2, wherein the depressions (36) are arranged symmetrically about a longitudinal axis and a transverse axis of the plates so that when two pairs of plates (12) are placed back-to-back with each other, the depressions (36) of the first plate (24) are aligned with the depressions (36) of the second plate (26).

10. Heat exchanger according to claim 2, wherein the plates (24, 26) are made of aluminum with a brazing cover layer (50) formed thereon.

11. Heat exchanger according to claim 10, wherein the cover layer (50) has a thickness of 8 to 10% of the thickness of the plates (24, 26).

12. Heat exchanger according to claim 2, wherein the plates (24, 26) are made of stainless steel with a copper covering layer (50) formed thereon.

13. Heat exchanger according to claim 10, wherein the thickness of the swirler (38) is substantially equal to the distance between the central regions (28) of the first plate (24) and the second plate (26) without the cover layers (50).

14. Heat exchanger according to claim 12, wherein the thickness of the swirler (38) is substantially equal to the distance between the

Middle regions (28) of the first plate (24) and the second plate (26) without the cover layers (50).