EP1785687B2

EP1785687B2 - Gelöteter Plattenwärmetauscher

Info

Publication number: EP1785687B2
Application number: EP06021302.2A
Authority: EP
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Ritter; Rainer Dipl.-Ing. Glück; Alfredo Ghidini
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2005-11-12
Filing date: 2006-10-11
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2026-10-11
Also published as: DE102005054045A1; EP1785687A1; EP1785687B1

Description

Die Erfindung betrifft einen gelöteten Plattenwärmetauscher mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Der Oberbegriff entspricht dem Wärmetauscher, der aus der US 2003/0070793A1 bekannt ist. Aus dem EP 0 347 961 A1 ist ein anderer gelöteter Plattenwärmetauscher bekannt, der einige Merkmale des Oberbegriffes aufweist. Ferner gehen aus der DE 195 39 255 A1 sowie aus der US 2003/0159807A1 weitere Plattenwärmetauscher hervor. Die Wärmetauscher in den genannten Veröffentlichungen sind bezüglich ihrer Herstellbarkeit verbesserungsfähig.
Ein Plattenwärmetauscher ist auch aus der DE 198 05 439B4 und aus einer Reihe weiterer Veröffentlichungen bekannt. Bei dem aus der genannten Schrift bekannten Plattenwärmetauscher soll der Anschlussstutzen mit der Anschlussplatte zunächst zu einer Baueinheit mittels umformtechnischer Operationen verbunden werden, bevor die Vormontage des Plattenwärmetauschers, bestehend aus den Wärmetauscherplatten, der Baueinheit, sowie Deck - und Grundplatte oder Anschlussplatte usw. beginnen kann. Nach der Vormontage wird der Plattenwärmetauscher in einem Lötofen gelötet. Diese Vorgehensweise ist zwar je nach den Umständen in vielen Fällen durchaus sinnvoll, sie wird aber wegen der notwendigen Bereitstellung der Baueinheit, verbunden mit der Durchführung von Umformoperationen, die dort mit domartigen Verformungen der Anschlussplatte in deren Anschlussbereich einhergehen, als recht aufwendig angesehen.
Die Aufgabe der Erfindung bestehtdarin, einen gelöteten Plattenwärmetauschervorzuschlagen, dessen Herstellungsaufwand, insbesondere in der Vormontage, reduziert ist.
Die erfindungsgemäße Lösung erfolgt mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Der Rand der Öffnung weist eine Reduktion der Plattendicke auf und der Anschlussbereich des Anschlussstutzens ist in dem Bereich der reduzierten Plattendicke angeordnet, wobei die Reduktion der Plattendicke an der Seite der Anschlussplatte ausgebildet ist, die entweder zum Plattenwärmetauscher zeigt oder davon wegweist. Im letztgenannten Fall wird eine vorherige Fixierung des Anschlussstutzens vorgenommen. Die Vormontage des Plattenwärmetauschers kann somit ohne vorherige Schaffung einer Baueinheit aus Stutzen und Anschlussplatte erfolgen, wodurch der Herstellungsaufwand gesenkt wurde. Es kann dabei jedoch die Umformung des Anschlussstutzens aus der bevorzugten ersten Alternative beibehalten werden, was vorteilhaft ist. Außerdem ist auch in diesem Fall keine domartige Verformung der Anschlussplatte - wie beim Stand der Technik - erforderlich, wodurch auch mit dieser Alternative der Herstellungsaufwand, wozu der Aufwand für die Umformung gehört, gesenkt werden kann. Der Anschlussstutzen besitzt eine Verdrehsicherung, die aus korrelierenden Umformungen an der Anschlussplatte und am Anschlussstutzen bestehen. Es kann sich dabei beispielsweise um ausgeformte Noppen handeln oder auch um einen Freischnitt im Anschlussbereich, der mit der Formgebung des reduzierten Plattendickenbereiches übereinstimmt.
Die Einzelteile des erfindungsgemäßen gelöteten Plattenwärmetauschers bestehen vorzugsweise aus einem Aluminiumwerkstoff der günstige Umformeigenschaften besitzt. Der Einsatz anderer metallischer Werkstoffe ist jedoch nicht ausgeschlossen.
Das Maß der Reduktion der Plattendicke entspricht etwa dem Maß der Wanddicke des Anschlussstutzens im Anschlussbereich, sodass der Anschlussbereich des Anschlussstutzens etwa auf dem Niveau der Oberfläche der Anschlussplatte liegt oder lediglich einen geringfügigen Versatz im Niveau aufweist. Diese Ausbildung hat den Vorteil, dass sich die dort anliegende Wärmetauscherplatte mit ihrer Öffnung gut anfügen lässt. Bekanntlich besitzen die Wärmetauscherplatten der hier angesprochenen Plattenwärmetauscher Öffnungen, die im Stapel aus Wärmetauscherplatten vertikale Strömungskanäle für den Eintritt bzw. Austritt der entsprechenden Medien bilden, die durch den Anschlussstutzen ein-bzw. ausströmen. DerAnschlussbereich des Anschlussstutzens erstreckt sich flanschartig um die Wand des Anschlussstutzens herum und steht etwa rechtwinklig davon ab. Die Wanddicke des Anschlussbereichs des Anschlussstutzens kann kleiner sein als die Wanddicke im übrigen Bereich des Anschlussstutzens.
Die Reduktion der Plattendicke am Rand der Öffnung soll vorzugsweise an der Seite der Anschlussplatte vorgesehen sein, die zum Plattenwärmetauscher hinweist. Es werden dadurch zusätzlich Befestigungsmaßnahmen vermieden, da im Zuge der Vormontage der Anschlussbereich des Anschlussstutzens an der angrenzenden Wärmetauscherplatte zu liegen kommt. Im Übrigen, also abgesehen von der Reduktion der Plattendikke, die zu einer Abstufung in der Anschlussplatte führt, bleibt die Anschlussplatte eine etwa ebene Platte, die jedoch je nach Bedarf einen aufgerichteten Rand besitzen kann.
Falls in einem anderen vorne erwähnten Fall die Reduktion der Plattendicke an der vom Plattenwärmetauscher wegweisenden Seite vorgesehen sein soll, machen sich unter Umständen Befestigungsmaßnahmen in Form von punktförmigen Einprägungen zwischen dem Anschlussbereich des Anschlussstutzens und dem Rand der Öffnung erforderlich, um eine Vorfixierung des Anschlussstutzens zu erreichen und den Lötprozess durchführen zu können.
Die Anschlussplatte weist wenigstens zwei Einprägungen auf, die in Richtung der Wärmetauscherplatte vorstehen. Die an der Anschlussplatte anliegende Wärmetauscherplatte besitzt wenigstens zwei Löcher, die die Einprägungen aufnehmen, um eine Positionssicherung der Wärmetauscherplatten mit der Anschlussplatte zu erreichen.
Die an der Anschlussplatte anliegende Wärmetauscherplatte ist dicker als die übrigen Wärmetauscherplatten, um die Festigkeit des Wärmetauschers gegenüber Vibrationen zu verbessern.
Die Anschlussplatte kann aus mehreren, beispielsweise aus zwei identischen zusammengelöteten Platten (Doppelplatte) ausgebildet sein, was sich aus fertigungstechnischen Gründen als vorteilhaft erwiesen hat. In diesem Fall wird die reduzierte Wanddicke im Öffnungsrand durch unterschiedliche Öffnungsdurchmesser in den Platten geschaffen. Ansonsten kann die reduzierte Wanddicke beispielsweise durch flächiges Prägen oder Drücken geschaffen werden.
Die Anschlussplatte weist Befestigungsöffnungen zur Befestigung des Plattenwärmetauschers auf.
Die Wärmetauscherplatten weisen Wannenform auf und sind ineinander gestapelt.
Der Anschlussstutzen weist in seinem vom Anschlussbereich wegstrebenden Abschnitt keinen die Einsatztiefe des Anschlussstutzens begrenzenden Anschlagbereich in seiner Wand auf, der ansonsten in vielen Lösungen aus dem Stand der Technik erforderlich ist.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Die Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf einen Wärmetauscher. Die Fig. 2 und 3 zeigen Schnitte durch den Wärmetauscher gemäß den dort angegebenen Bezeichnungen. Die Fig. 4a zeigt einen Ausschnitt aus der Fig. 4, um eine unten beschriebene Weiterbildung zu demonstrieren. Die Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt aus einem Wärmetauscher in Form einer Skizze bei einem alternativen Design.
Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen für gelötete Plattenwärmetauscher handelt es sich um einen Ölkühler für Kraftfahrzeuge. Gelötete Plattenwärmetauscher bestehen folglich aus lötbaren Metallen, wobei zweckmäßig mit Lotmaterial beschichtete Aluminiumbleche die bevorzugte Wahl darstellen.
Extrem dünnwandige, wannenförmige Wärmetauscherplatten 1 werden ineinander gestapelt, sodass ihre Böden einen bestimmten Abstand zueinander aufweisen. In dem Abstand ist jeweils ein Strömungskanal 70, 80 für Öl bzw. für ein flüssiges Wärmetauschmittel ausgebildet. Solche Strömungskanäle 70, 80 wechseln sich bekanntlich ab, wie auch in der Fig. 5 angedeutet worden ist. Sie sind in nicht gezeigter Weise entweder mit Wärmetauschrippen oder auch mit Verformungen der Böden ausgestattet, um den Wärmeaustausch zu verbessern. Am oberen und/oder unteren Ende des Stapels aus Wärmetauscherplatten 1 wird bekanntlich eine Anschlussplatte 5 angeordnet, die dicker ist als die Wärmetauscherplatten 1, um verschiedene Befestigungsfunktionen übernehmen zu können. Die Anschlussplatte 5 und die Wärmetauscherplatten 1, 11 besitzen kreisförmige Öffnungen, die allgemein mitdem Bezugszeichen 3 markiert wurden. Beim Stapeln der Wärmetauscherplatten 1,11 und der Anschlussplatte 5 bilden diese Öffnungen 3dann jeweils einen Zu-oder Abführkanal, der allgemein mit 30 bezeichnet wurde und wovon insgesamt vier Stück vorhanden sind. Die Zu - oder Abführkanäle 30 stehen in hydraulischer Verbindung mit den Strömungskanälen 70 bzw. 80, wie ebenfalls aus der Fig. 5 zu sehen ist, und wie es im Übrigen seit langem zum Stand der Technik gehört. In der Fig. 5 wurden die Strömungskanäle 80 gegenüber dem Zu - oder Abführkanal 30 geschlossen. Die anderen Strömungskanäle 70 sind dort offen. Die Art und Weise des erwähnten Verschließens erfolgt häufig durch entsprechende Umformung der Öffnungsränder.
Aus Stabilitätsgründen wurde die unmittelbar an der Anschlussplatte 5 anliegende Wärmetauscherplatte etwas dicker ausgebildet als die übrigen Wärmetauscherplatten 1, weshalb dafür das Bezugszeichen 11 verwendet wurde.
In der Fig. 1 wurden mit dem Bezugszeichen 53 Durchbrüche in der Anschlussplatte 5 markiert, mittels derer die bereits erwähnte Befestigung des gesamten Plattenwärmetauschers erfolgen soll. Eine andere Befestigungsfunktion der Anschlussplatte 5 ist diejenige für die Anschlussstutzen 2. Die Art und Weise dieser Befestigung soll nachfolgend näher beschrieben werden.
In den Fig. 1 - 4 wird gezeigt, dass die Befestigung der Anschlussstutzen 2 an der unteren oder oberen Anschlussplatte 5 derart ausgebildet ist, dass die Reduktion der Plattendicke p am Rand 33 der Öffnung 3 an der Seite 55 der Anschlussplatte 5 vorgesehen ist, die zum Plattenwärmetauscher hinzeigt. In diesem Fall wird der Anschlussstutzen 2 durch die Öffnung 3 in der Anschlussplatte 5 hindurch gesteckt, damit er mit seinem Anschlussbereich 22 im Bereich der reduzierten Plattendikke p am Öffnungsrand 33 zu liegen kommt bzw. dort anschlägt.
Im Unterschied dazu wurde in der Fig. 5 die erwähnte Reduktion an der anderen Seite 56 der Anschlussplatte 5 vorgenommen, die vom Plattenwärmetauscher wegzeigt. Die Reduktion der Plattendicke p wird in diesen Fällen durch ein Umformverfahren, beispielsweise durch flächiges Prägen, vorgenommen. Beiden Varianten ist der Vorteil zuzuordnen, dass die Anschlussplatte 5 ansonsten eben ausgebildet ist, abgesehen davon, dass auch die Anschlussplatte 5 eine aufgerichtete Umrandung aufweisen kann, die ähnlich dem aufgerichteten Rand der Wärmetauscherplatten 1,11 ist, die aber nicht zeichnerisch dargestellt oder im gezeigten Ausführungsbeispiel nicht vorgesehen wurde. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 muss der Anschlussstutzen 2 nicht durch die Öffnung 3 gesteckt werden, sondern er kann von außen mit seinem Anschlussbereich 22 im Bereich der reduzierten Plattendicke p angesetzt werden. Damit er in seiner Position vorfixiert bleibt bis der Lötprozess abgeschlossen ist, werden beispielsweise zwei Prägepunkte 20 zwischen dem Anschlussbereich 22 und dem Öffnungsrand 33 in der Anschlussplatte 2 angebracht. Die Einprägepunkte 20 sind auch als Verdrehsicherung wirksam und in der Fig. 1 erkennbar, da der Bereich eines der Anschlussstutzen 2 heraus gebrochen wurde und sichtbar ist. Eine Absicherung gegen Herausfallen des Anschlussstutzens 2 ist in der Fig. 1 hingegen nicht erforderlich, da das Herausfallen mittels des Plattenstapels zu verhindern ist.
Insbesondere aus den Fig. 2 und 3 ist eine andere Weiterbildung erkennbar. die die vereinfachte Vormontage der Einzelteile des Plattenwärmetauschers unterstützt. An der Anschlussplatte 2 sind zwei nach innen gerichtete Einprägungen 51 ausgebildet worden, die in Löcher 12 oder in korrespondierende Einprägungen 12 in der untersten, etwas dickeren Wärmetauscherplatte 11 eingreifen. Das Verrutschen des Stapels aus Wärmetauscherplatten auf der Anschlussplatte 2 wird dadurch verhindert.
Die Fig. 4 und 4a zeigen ebenfalls eine Weiterbildung und entsprechen insofern nicht vollständig dem eingezeichneten Schnitt G-G aus der Fig. 1. Eine gestrichelte Linie in der Fig. 4 durch die Anschlussplatte 5 soll andeuten, dass die Anschlussplatte 5 aus einer oberen Platte 5.1 und einer unteren Platte 5.2 (Doppelplatte) bestehen kann, die hinsichtlich ihrer äußeren Form identisch sind und die zusammengefügt werden. Die Fig. 4a zeigt dann eine heraus gebrochene Draufsicht auf die als Doppelplatte ausgebildete Anschlussplatte 5 im Bereich der einen Öffnung 3, in die der Anschlussstutzen 2 eingesetzt wird. In diesem Fall wurde die Reduktion der Plattendicke p im Öffnungsrand 33 nicht durch Prägen oder Drücken, sondern dadurch geschaffen, dass die untere Platte 5.2 einen Öffnungsdurchmesser d aufweist, der kleiner ist als der Öffnungsdurchmesser D in deroberen Platte 5.1. Indersichdadurch ergebenden Abstufung im Öffnungsrand 33 befindet sich der Anschlussbereich 22 des Anschlussstutzens 2. Selbstverständlich sind die Begriffe "oben" und "unten" miteinander austauschbar, wesentlich sind die unterschiedlichen Öffnungsdurchmesser D, d. Ferner ist selbstverständlich, dass die Anzahl der Platten nicht auf zwei beschränkt sein muss.
In den gezeigten Ausführungen ist vorgesehen, dass das Maß der Reduktion der Plattendicke p dem Maß der Wanddicke des Anschlussstutzens 2 im Anschlussbereich 22 entspricht. sodass der Anschlussbereich 22 des Anschlussstutzens 2 mit dem Niveau der Oberfläche der Anschlussplatte 5 abschließt. Bei anderen nicht gezeigten Ausführungen ist ein geringfügiger Versatz im Niveau vorhanden, wobei die erwähnten Maße unterschiedlich sind.
Die gezeigten Ausführungen machen ferner deutlich, dass sich der Anschlussbereich 22 des Anschlussstutzens 2 etwa rechtwinklig von der Wand des Anschlussstutzens 2 erstreckt, ohne dass eine darauf gerichtete Beschränkung beabsichtigt sein soll. Die Wanddicke im Anschlussbereich 22 des Anschlussstutzens 2 kann gegenüber der Wanddicke des Anschlussstutzens 2 in anderen Bereichen ebenfalis reduziert werden. Solche Anschlussstutzen 2 können mittels bekannter Methoden der Umformtechnik hergestellt werden.

Claims

Gelöteter Plattenwärmetauscher aus Wärmetauscherplatten (1), und mit einem Anschlussstutzen (2), der in einer Öffnung (3) einer Anschlussplatte (5) des Plattenwärmetauschers angeordnet ist, die eine bestimmte Plattendicke (p) aufweist, wobei der Rand (33) der Öffnung (3) und ein Anschlussbereich (22) des Anschlussstutzens (2) umgeformt sind, wobei der Rand (33) der Öffnung (3) eine Reduktion der Plattendicke (p) besitzt und der Anschlussbereich (22) des Anschlussstutzens (2) in dem Bereich der reduzierten Plattendicke (p) angeordnet ist, wobei die Reduktion der Plattendicke (p) entweder an der einen Seite (55) der Anschlussplatte (5) ausgebildet ist, die zum Plattenwärmetauscher zeigt oder an der anderen Seite (56) der Anschlussplatte (5) ausgebildet ist, die vom Plattenwärmetauscher wegzeigt, wobei das Maß der Reduktion der Plattendicke (p) entweder etwa dem Dickenmaß des Anschlussbereiches des Anschlussstutzens entspricht oder wobei ein geringfügiger Versatz im Niveau vorhanden ist, sodass die erwähnten Maße unterschiedlich sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussstutzen (2) eine Verdrehsicherung (20) aufweist, die aus korrespondierenden Umformungen am Öffnungsrand (33) der Anschlussplatte (5) und am Anschlussstutzen (2) besteht, wobei die Anschlussplatte (5) Befestigungsöffnungen (53) zur Befestigung des Plattenwärmetauschers aufweist.
Gelöteter Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass sich der Anschlussbereich (22) des Anschlussstutzens (2) flanschartig, und vorzugsweise etwa rechtwinklig von der Wand (21) des Anschlussstutzens (2) abstehend, erstreckt.
Gelöteter Plattenwärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussplatte (5) im Übrigen entweder zumindest überwiegend etwa eben ist, oder lediglich eine aufgerichtete Umrandung ausweist.
Gelöteter Plattenwärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die an der Anschlussplatte (5) anliegende Wärmetauscherplatte (11) dicker ist als die übrigen Wärmetauscherplatten (1).
Gelöteter Plattenwärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussplatte (5) wenigstens zwei Einprägungen (51) aufweist, die in Richtung der Wärmetauscherplatten (11, 1) "vorstehen, und dass die an der Anschlussplatte (5) anliegende Wärmetauscherplatte wenigstens zwei Löcher (12) oder Ausformungen besitzt, die die Einprägungen (51) aufnehmen, um eine Positionssicherung der Wärmetauscherplatten (11, 1) auf der Anschlussplatte (5) zu erreichen.
Gelöteter Plattenwärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussplatte (5) aus mehreren Platten, beispielsweise als Doppelplatte ausgebildet ist, wobei die Öffnungsdurchmesser (D, d) in den Platten unterschiedlich sind, wodurch der Öffnungsrand (33) die reduzierte Plattendicke (p) erhält.
Gelöteter Plattenwärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherplatten (11, 1) wannenförmig ausgebildet und ineinander gestapelt sind.
Gelöteter Plattenwärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussbereich (22) des Anschlussstutzens (2) einen Anschlag am Rand (33) der Öffnung (3) bildet, so dass weitere Anschläge bildende Verformungen in der Wand (21) des Anschlussstutzens (2) überflüssig sind.