EP1855074B1

EP1855074B1 - Wärmetauscher, insbesondere Ölkühler

Info

Publication number: EP1855074B1
Application number: EP07006495.1A
Authority: EP
Inventors: Erik Van Hoof; Rainer Glück
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2006-05-13
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2027-03-29
Also published as: EP1855074A3; DE102006022445A1; US20070289724A1; EP1855074A2

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere einen Ölkühler.
Aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2004 003 790 A1 ist ein Wärmetauscher/Ölkühler mit einer relativ dicken Grundplatte bekannt, die mit aufwendigen Bearbeitungsschritten wannenförmig ausgehöhlt wird. In diese Hohlform wird dann der Wärmetauscher eingesetzt und anschließend mit der Grundplatte verlötet. Diese Maßnahme dient zur Vermeidung von Rissen im Randbereich der untersten Wärmetauscherplatte auf Grund von thermischen und mechanischen Belastungen.
In der DE 10 2005 048 452A1 wird vorgeschlagen, die Grund - oder Befestigungsplattemit einem Reservoir zu versehen, um überschüssigen Lotwerkstoff aufzunehmen.
Die DE 197 11 258A1 sieht eine Verstärkungsplatte zwischen der Grundplatte und der untersten Wärmetauscherplatte vor.
Außerdem sind aus der japanischen Patentanmeldung JP 02-691155 verschiedene Alternativen bekannt, die ebenfalls zur Verstärkung der untersten Wärmetauscherplatte dienen. Neben der bereits oben angesprochenen stabilen Grundplatte, die mit einer Wannenform versehen wird, in der die unterste Wärmetauscherplatte aufsitzt, können auch von außen angelegte Leisten vorgesehen werden, die sich auf der Grundplatte und um den Umfang der untersten Wärmetauscherplatte herum erstrecken.
Die Veröffentlichungen zeigen relativ aufwendige Möglichkeiten der Verstärkung der untersten Wärmetauscherplatte gegen Rissbildung.
Aus der WO 2007/038871A1 , die Stand der Technik gemäß Art. 54 (3), EPÜ darstellt, ist ein Plattenwärmetauscher bekannt, wie er, bezüglich der Ausbildung der Befestigungsplatte, in der anhängenden Fig. 1 dargestellt ist. Die Befestigungsplatte ist zweiteilig ausgebildet. Die oben liegende Befestigungsplatte besitzt einen Ausschnitt. Der Rand des Ausschnitts ist umgeformt worden und liegt am Rand der untersten Wärmetauscherplatte an, um denselben zu verstärken.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, alternative und herstellungsfreundliche Lösungsvorschlage zu unterbreiten, die zu einem Wärmetauscher führen, dessen untere Wärmetauscherplatten widerstandsfähig gegen thermische und mechanische Belastungen sind.
Die Aufgabe wird bei dem Wärmetauscher erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Es ist eine mindestens dreiteilige Befestigungsplatte vorgesehen, wobei die unterste Wärmetauscherplatte auf einer Befestigungsplatte liegt und eine darüber angeordnete Befestigungsplatte einen Ausschnitt aufweist, dessen Rand umgeformt ist, um am wannenförmigen Rand der untersten Wärmetauscherplatte anzuliegen. Es ist weiter vorgesehen, dass der Rand des Ausschnitts einen Biegewinkel aufweist, der dem Winkel des wannenförmigen Randes entspricht. Der Winkel des wannenförmigen Randes beträgt so etwa 8 bis 15°. Der Biegewinkel des Randes des Ausschnitts überschreitet demnach 90° und liegt bei etwa 98 bis 105°. Die Umformung des Randes wird erleichtert, wenn die Ecken des Ausschnitts eingeschnitten oder ausgeschnitten werden. Die Befestigungsplatte ist dreiteilig ausgebildet. Die Gesamtdicke der Befestigungsplatte ist deshalb nicht größer als im Stand der Technik. Trotzdem ist die Dicke jedes Teils der Befestigungsplatte deutlich größer als die Dicke der Wärmetauscherplatten.
Die oberste Befestigungsplatte weist den Ausschnitt auf, und die darunter angeordneten Befestigungsplatten sind an den Öffnungen so ausgebildet, dass sie sich zur Aufnahme von Dichtungen eignen.
Die Teile der Befestigungsplatten können Markierungen aufweisen, damit sie sich einfacher zusammenlegen lassen. Die Teile der Befestigungsplatten besitzen ferner übereinstimmende Löcher, um die Befestigung des Wärmetauschers ausführen zu können.
Die Dichtung ist zwischen einem umgebogenen Öffnungsrand der einen Befestigungsplatte und einem ebenen Öffnungsrand der anderen Befestigungsplatte eingeklemmt. Sie steht etwas unter Vorspannung und fällt im Zuge der Montage nicht aus ihrer Position heraus. Diese Maßnahmen verbessern die Montagefreundlichkeit des Wärmetauschers.
Der Ausschnitt ist vor der Durchführung der Umformung des Randes kleiner als die Grundfläche der Wärmetauscherplatte. Genauer gesagt, der Ausschnitt ist wie die Grundfläche der Wärmetauscherplatten rechteckig ausgebildet, wobei die vier Seiten des Randes des Ausschnitts parallel mit den vier Seiten der Grundfläche laufen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik ist auch, dass der Materialeinsatz reduziert wird.
Die Erfindung wird an Hand der Fig. 1 bis 5 beschrieben:

Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch den unteren Bereich eines Wärmetauschers, der bezüglich der Befestigungsplatte dem vorne erwähnten Stand der Technik etwa entspricht.
Die Fig. 2 zeigt einen Teil-Schnitt durch einen Wärmetauscher gemäß der Erfindung.
Die Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf die Befestigungsplatte.
Die Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf den Wärmetauscher mit Befestigungsplatten.
Die Fig. 5 zeigt eine Ansicht auf eine Öffnung in Pfeilrichtung gemäß der Fig. 2

Die Fig. 1 zeigt den unteren Bereich des Wärmetauschers, beispielsweise eines Ölkühlers 1. Er besteht aus einer Vielzahl wannenförmiger, ineinander gestapelter Wärmetauscherplatten 10. Sie liegen an ihren äußeren Rändern 11 aneinander an und bilden einen durch Löten abgedichteten Wärmetauscher. Zwischen den Wärmetauscherplatten 10 bilden sich durch die Formgebung der Wärmetauscherplatten 10 abwechselnd Strömungskanäle 5 für das eine und das andere Medium, die diesen Wärmetauscher 1 durchströmen. In den Strömungskanälen 5 können, wie hier gezeigt, Turbulenzeinlagen 6 für einen besseren Wärmeaustausch vorgesehen werden oder andere nicht gezeigte Möglichkeiten zur Turbulenzerzeugung. Die Medien können durch die Öffnungen 21 im Teil 3 der Befestigungsplatte und durch die Zu- und Abführkanäle 22 und 20 in den Wärmetauscher 1 gelangen oder aber auch durch nicht gezeigte Anschlussstutzen. (siehe Pfeile in der Fig. 1) So dass im Teil 3 der Befestigungsplatte vier Öffnungen 21 vorzusehen sind, wenn beide Medien durch die Befestigungsplatte 3 geführt werden. Es kann aber auch jeder andere Wärmetauscher der auf ähnliche Art und Weise an einem Gehäuse oder Motorblock befestigt wird, vorgesehen werden. Zur Befestigung können beispielsweise durch die Befestigungsplatten hindurchgehende Verschraubungen 30 dienen, die in der Fig. 1 angedeutet wurden.
Die Anzahl der Öffnungen 21 in der Befestigungsplatte 3 sind dann je nach Bedarf anzupassen. Auch ihre Position hängt von der Wahl des zu befestigenden Wärmetauschers ab.
Durch thermische und mechanische Belastungen der Wärmetauscher während ihres Einsatzes in einem Kraftfahrzeug entstehen immer wieder Risse am Rand 11 der untersten Wärmetauscherplatte 10. Um dies zu vermeiden wird in die Befestigungsplatte 2 bei deren Herstellung ein Ausschnitt 26 eingestanzt, daran anschließend oder gleichzeitig wird der Rand 25 des Ausschnitts 26 umgebogen. Der Rand 25 des Ausschnitts 26 wird so gebogen, dass er mit seinem Ende 27 bis etwa zur Hälfte mehr oder weniger den Rand 11 der untersten Wärmetauscherplatte 10 bedeckt und direkt an dieser anliegt. Dadurch ergibt sich ein Biegeradius für den Rand 25 von etwa 98 bis 105°, da der Rand 11 der Wärmetauscherplatten 10 um etwa 8 bis 15° nach außen, von der Vertikalen weg, gebogen ist. Durch diese Ausgestaltung der Verstärkung an der untersten Wärmetauscherplatte 10 im Bereich A werden Belastungsrisse vermieden. Gleichzeitig kann auf diese Weise der Materialverbrauch verringert werden, ohne die Belastbarkeit zu reduzieren, im Gegenteil sie wird sogar verbessert.
In Fig. 2 ist die Erfindung gezeigt. Hier ist eine dreiteilige Befestigungsplatte, bestehend aus den Teilen 2, 3, 4 vorgesehen. Die Teile 2 und 3 bilden an den Öffnungen 21 Dichtungsaufnahmen wie sie beispielsweise in der vor kurzem eingereichten Patentanmeldung DE 10 2006 005 084 beschrieben sind. (Fig. 5) Um die Dichtung 41 festzuklemmen, damit sie bei der Montage des Ölkühlers 1 nicht heraus fällt, ist hier zum einen die Gestaltung der Öffnung 21 im Teil 3 der Befestigungsplatte wellenförmig ausgebildet und zum anderen hat die Öffnung 21 im Teil 2 eine besondere Form 40. Das Besondere hier ist nun die Kombination der vorteilhaften Halterung der Dichtung 41 durch die besondere Form 40 und die Verstärkung der untersten Wärmetauscherptatte 10 an ihrem Rand 11 durch den umgebogenen Rand 25 des Ausschnitts 26 des Teils 4 der Befestigungsplatte.
Die einzelnen Teile 2, 3, 4 der Befestigungsplatte können aus gleich dicken Blechen hergestellt werden oder aus unterschiedlich dicken Blechen. Insgesamt haben alle Befestigungsplatten 2, 3, 4 zusammen im Bereich unterhalb des Wärmetauschers 1 eine geringere Dicke D als im Stand der Technik beschrieben und im restlichen Bereich B sind sie genauso dick. Allerdings sollten die Teile 2 oder 4 der Befestigungsplatte eine größere Dicke ausweisen als die üblichen Wärmetauscherplatten 10, um eine besonders vorteilhafte Verstärkung zu erhalten. Es kann auch vorteilhaft sein nach dem Umbiegen des Randes 25 der Befestigungsplatte 4 in der Biegung 28 durch Nachbearbeitung, z. B. durch Einkerbung, das Anliegen des Randes 25 des Ausschnitts 26 der Befestigungsplatte am Rand 11 der Wärmetauscherplatte 10 zu verbessern.
In der Fig. 3 ist in der Draufsicht der Teil 2 oder 4 der Befestigungsplatte gezeigt. So sieht Teil 2 oder 4 der Befestigungsplatte nach dem Ausstanzen der Ausschnitts 26 aus. Um Risse in den Ecken 52 während der Ausformung des Randes 25 der Ausschnitt 26 zu vermeiden, sind die Ecken 52 mit einem Ein - oder Eckausschnitt 50 versehen. Beim Umbiegen oder Tiefziehen des Randes 25 entsteht an den Ecken 52 ein Bereich 51 an dem kein Rand 25 des Ausschnitts 26 an dem Rand 11 der untersten Wärmetauscherplatte 10 anliegt (siehe Fig. 4). Je nach Bedarf kann aber auch auf den Ein - oder Eckausschnitt 50 verzichtet werden, dann hat man an den Ecken 52 eine geringere Materialstärke als an den Seitenrändern 53 (nicht gezeigt). Die Löcher 30 sind in allen Teilen 2, 3, 4 der Befestigungsplatte angebracht und dienen der Befestigung des fertig gelöteten Wärmetauschers 1 an einem Motorblock oder Gehäuse.
Alle Teile 2, 3, 4 der Befestigungsplatte weisen Markierungen auf um die Montage zu erleichtern.

Claims

Wärmetauscher, insbesondere Ölkühler (1), bestehend aus ineinander gestapelten Wärmetauscherplatten (10) mit wannenförmigem Rand (11) und mit dazwischen liegenden Strömungskanälen (5) für wärmetauschende Medien,
mit Zu- und Abführkanälen (20, 22),
und mit einer dreiteiligen Befestigungsplatte (2, 3, 4) mit übereinstimmenden Löchern (30) zur Befestigung des Wärmetauschers in allen drei Befestigungsplatten (2, 3, 4) wobei die unterste Wärmetauscherplatte (10) auf einer ersten Befestigungsplatte (2) liegt, die Öffnungen (21) für die Zu - und Abfuhr der Medien besitzt,
wobei eine darüber angeordnete zweite Befestigungsplatte (4) einen Ausschnitt (26) aufweist, dessen Rand (25) umgeformt ist, um am wannenförmigen Rand (11) der untersten Wärmetauscherplatte (10) anzuliegen,
wobei eine dritte Befestigungsplatte (3) unterhalb der ersten Befestigungsplatte (2) angeordnet ist und auch die Öffnungen (21) und die Löcher (30) besitzt, wobei die erste und die dritte Befestigungsplatte (2, 3) an den Öffnungen (21) zur Aufnahme von Dichtungen (41) ausgebildet sind.
Wärmetauscher gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (25) des Ausschnitts (26) einen Biegewinkel aufweist, der dem Winkel des wannenförmigen Randes (11) entspricht.
Wärmetauscher gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (25) des Ausschnitts (26) in der Befestigungsplatte (2 oder 3) an den Ecken (52) ein- oder ausgeschnitten ist.
Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (41) zwischen einem umgebogenen Öffnungsrand der einen Befestigungsplatte und einem ebenen Öffnungsrand der anderen Befestigungsplatte eingeklemmt ist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausschnitt (26) in der Befestigungsplatte (3 oder 4) vor der Durchführung der Umformung des Randes (25) kleiner ist als die Grundfläche der Wärmetauscherplatte (10).