EP2205922B1

EP2205922B1 - Wärmetauscher, insbesondere ölkühler

Info

Publication number: EP2205922B1
Application number: EP08848222A
Authority: EP
Inventors: Stefan MÜLLER-LUFFT; Wolfgang MÜNZ; Thomas Ritter
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2007-11-06
Filing date: 2008-10-11
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2028-10-11
Also published as: CN101849157B; DE502008002701D1; US20100206516A1; EP2205922A1; KR20100092002A; US9797665B2; BRPI0820057A2; DE102007052706A1; CN101849157A; WO2009059678A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, beispielsweise einen Ölkühler, der die Merkmale des Oberbegriffes des Anspruchs 1 aufweist.
Der im Oberbegriff beschriebene Wärmetauscher (Ölkühler) ist aus der DE 195 39 255A1 bekannt. In der Fig. 5 dieser Druckschrift ist ein auf Druck ansprechendes Ventil als Strömungslenkungsmittel vorgesehen, dass sich an einer Öffnung des dortigen Verteilerkanals befindet. Das Ventil hat die Aufgabe, kaltes und deshalb noch dickflüssiges Öl, dessen Druck entsprechend hoch ist, zu gestatten, ohne die Kanäle des Wärmetauschers durchströmen zu müssen, nach Art eines Bypasses, den Wärmetauscher zu passieren. Dadurch wird das Öl im Wärmetauscher nicht gekühlt und kann schneller seine Betriebstemperatur erreichen. Ist diese Temperatur erreicht wird das Öl dünnflüssiger, der Druck geht zurück, und das Ventil schließt den Bypass, wodurch die Ölkühlung in den Kanälen eingeleitet wird. Der Wärmetauscher aus der erwähnten Druckschrift besitzt auch Dichtmittel. Dabei handelt es sich um Gummidichtungen, die die Öffnungen des Sammelkanals ringartig umgreifen und zu einem Getriebe hin abdichten. Das Strömungslenkungsmittel und das Dichtmittel müssen nach dem Löten des Wärmetauschers an demselben angebracht werden.
Aus der EP 1 772 693A1 ein Ölkühler bekannt, bei dem als Strömungslenkungsmittel zwar ebenfalls ein auf den Druck ansprechendes Ventil vorgesehen ist, das jedoch - im Unterschied zum vorstehend beschriebenen Stand der Technik - bereits vor dem Löten in den Wärmetauscher eingesetzt und mitgelötet wird. Dichtmittel sind in dem Dokument nicht angesprochen worden, sie sollten aber regelmäßig zu solchen Wärmetauschern gehören.
Weiterer mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 etwa übereinstimmender Stand der Technik ist beispielsweise in den Patentanmeldungen EP 1715146 A1 , EP 1 715 147 A1 oder in der WO 2006/097086A1 enthalten.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Herstellung und gegebenenfalls auch die Montage des Wärmetauschers zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gestalteten Wärmetauscher mit den Merkmalen aus dessen Kennzeichen gelöst.
Da das Dichtmittel und das Strömungslenkungsmittel als ein gemeinsames Bauteil - also einstückig - ausgebildet sind, wird die Herstellung vereinfacht, weil ein Einzelteil weniger vorhanden ist als im Stand der Technik. Das Strömungslenkungsmittel ist vorzugsweise ein auf Druckänderung reagierendes Ventil. Es ist jedoch beabsichtigt, Anwendungen begrifflich zu umfassen, bei denen es sich bei dem Strömungslenkungsmittel um ein starres Element handelt, welches lediglich die Strömung in eine bestimmte gewünschte Richtung lenken kann. Das gemeinsame Bauteil ist unter anderem auch am Wärmetauscher befestigt, sodass es im Zuge der weiteren Herstellung bzw. der Montage nicht verloren gehen kann.
Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die abhängigen Ansprüche 2-13 verwiesen, die als an dieser Stelle detailliert genannt betrachtet werden sollen.
Die Erfindung wird nachfolgend in mehreren Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Beschreibung enthält weitere Merkmale und deren Vorteile.
Die beigefügten Figuren zeigen Folgendes:

Fig. 1 - eine perspektivische Ansicht eines Ölkühlers, teilweise in Explosionsdarstellung;
Fig. 2 - eine Ansicht des Ölkühlers aus Fig. 1 in einer anderen Perspektive;
Fig. 3 - ein anderes gemeinsames Bauteil;
Fig. 4 - einen Längsschnitt durch die Grundplatte des Ölkühlers;
Fig. 5 - ein vergrößerter Ausschnitt, der das gemeinsame Bauteil zeigt;
Fig. 6 und 7 - ein drittes Ausführungsbeispiel in perspektivischen Ansichten;

In den Ausführungsbeispielen wird ein so genannter gehäuseloser Wärmeübertrager als Ölkühler gezeigt, dessen Platten 1 vier Öffnungen 10 aufweisen. Die Öffnungen 10 - nur zwei sind erkennbar - bilden einen Sammelkanal 12 und einen Verteilerkanal 11 für das eintretende bzw. austretende Medium, in diesem Fall für das Öl. Von diesen Kanälen 11, 12 gehen zwischen den Platten 10 angeordnete andere Kanäle ab, die in der Zeichnung ebenfalls nicht erkennbar sind. Auch auf der Kühlmittelseite ist eine dementsprechende Ausbildung vorhanden. In der Fig. 1 wurden Pfeile eingezeichnet, die andeuten sollen, dass ein flüssiges Kühlmittel oben ein - und ausströmt. Das Öl strömt hingegen unten ein und aus, wie die Pfeile mit der gestrichelten Linienführung andeuten. Wegen der bis hierher beschriebenen Ausgestaltung kann auch auf die vorne erwähnten Referenzen zurückgegriffen werden, denn sie ist bestens bekannt.
Der in dieser Patentanmeldung gemachte Vorschlag kann bei Wärmeübertragern angewendet werden, deren Platten 1 lediglich zwei Öffnungen 10 besitzen und die demnach lediglich einen Sammelkanal und einen Verteilerkanal besitzen. Das andere Medium strömt an einem den Plattenstapel umgebenden Gehäuse ein, zwischen den auf Abstand angeordneten Platten hindurch und meist an einem anderen Ort des Gehäuses wieder aus. Auch dieser Wärmetauschertyp ist bestens bekannt, weshalb hier auf eine Darstellung verzichtet wird.
Zurück zu den gezeigten Ausführungen, bei denen sich am Plattenstapel eine Grundplatte 20 befindet. Mit Hilfe dieser Grundplatte 20 wird der Ölkühler an ein nicht gezeigtes Aggregat, beispielsweise an ein Getriebe - oder Motorgehäuse, angeschlossen, dessen Öl gekühlt bzw. temperiert werden soll. Die Grundplatte 20 besteht im gezeigten Ausführungsbeispiel aus drei ebenen Platten 20a, 20b, 20c. An der untersten Platte 20c ist ein gemeinsames Bauteil 50 angeordnet, welches ein Dichtmittel 30 und ein Strömungslenkungsmittel 40 umfasst. Das gemeinsame Bauteil 50 besteht im Ausführungsbeispiel aus Metall, beispielsweise aus einem Edelstahl der Klasse 1. 4310, der auch geeignete elastische Eigenschaften besitzt. Das Dichtmittel 30 ist nach Art einer Metallsickendichtung ausgebildet. In den Fig. 6 und 7 ist die umlaufend ausgebildete Sicke 31 erkennbar. Diese Sicke 31 wird durch Anpresskräfte elastisch verformt und stellt die Dichtwirkung auch dann zur Verfügung, wenn die Oberflächen nicht völlig plan sein sollten. Das Strömungslenkungsmittel des gemeinsamen Bauteils 50 ist hier ein auf Druck ansprechendes Ventil 40. In den Fig. 1 und 2 befindet sich das Ventil 40 in der Schließstellung. In dieser Stellung liegen das Dichtmittel 30 und das Ventil 40 etwa in einer Ebene. Aus den Darstellungen ist auch ersichtlich, dass das gemeinsame Bauteil 50 durch einfache umformtechnische Schritte hergestellt werden kann. Als Vorteil dieser Anordnung kann außerdem angeführt werden, dass die Anbringung des gemeinsamen Bauteils 50 nach dem Löten des Ölkühlers vorgenommen werden kann, ohne irgendwelche Einsetzöffnungen für das Ventil 40 zu benötigen, die nach dem Einsetzen wieder geschlossen werden müssten.
In nicht gezeigten Ausführungen wurde ein starres Element als Strömungslenkungsmittel 40 vorgesehen, mit dessen Hilfe beispielsweise die durch die Kanäle gehende Strömung auf ansonsten schlecht durchströmte Plattenbereiche gelenkt werden kann oder - allgemeiner gesagt und mit anderen Worten - um die Durchströmung zu beeinflussen.
Das gemeinsame Bauteil 50 besitzt abgebogene Haken, die als Befestigungsmittel 60 dienen und die in korrespondierende Schlitze 61 oder dergleichen in der Grundplatte 20 eingreifen. Damit ist das gemeinsame Bauteil 50 in seiner Position festgelegt und kann auch im Zuge der weiteren Bearbeitung nicht verloren gehen.
Es soll an dieser Stelle bezüglich des gemeinsamen Bauteils 50 noch betont werden, dass es nicht in erster Linie darauf ankommt, dass das Dichtmittel 30 und das Strömungslenkungsmittel 40 aus einem identischen Werkstoff bestehen sondern vielmehr kommt es auf die Gemeinsamkeit des Bauteils 50 an. So kann beispielsweise das Dichtmittel 30 aus einem geeigneten Gummi bestehen, an dem das beispielsweise aus Metall bestehende Strömungslenkungselement 40 anvulkanisiert wird. Das alles ist lediglich eine Frage der Kosten und der Zweckmäßigkeit im Einzelfall. Es soll ferner betont werden, dass es sich bei dem Ventil 40 auch um ein Bimetall handeln könnte, welches bekanntlich die Eigenschaft hat, auf Temperaturänderungen anzusprechen.
Die bereits oben als dreiteilig bezeichnete Grundplatte 20 besitzt in ihrer mittleren Platte 20b einen länglichen Kanal, der als Bypasskanal 5 wirkt und sehr Platz sparend angeordnet ist. Die Platten der Grundplatte 20 sind vergleichsweise dünnwandig ausgebildet. Dieser Bypasskanal 5 steht auf der einen Seite mit dem Verteilerkanal 11 in Verbindung. Auf der anderen Seite steht der Bypasskanal 5 mit einem Durchbruch 21 in Verbindung, der in der untersten Platte 20c angeordnet ist. Der Durchbruch 21 ist durch das Ventil 40 im normalen Betrieb des Ölkühlers verschlossen, sodass das Öl die nicht gezeigten Kanäle zwischen den Platten 1 durchströmen muss, dabei mittels der in den anderen nicht gezeigten Kanälen zwischen den Platten 1 strömenden Kühlflüssigkeit gekühlt wird, bevor es den Ölkühler über den Sammelkanal 12 wieder verlässt. In den Startphasen jedoch, wenn das Öl kalt und zähflüssig ist, wird es sich nicht durch die engen Kanäle zwängen lassen, was zu einem erheblichen Druckanstieg des Öls führt. Dieser Druckanstieg führt auch zur Öffnung des Ventils 40 und damit zur Freigabe des beschriebenen Bypassweges, der direkt zurück in den Sammelkanal 12 und in das Aggregat führt. Der Ausschnitt gemäß Fig. 5 zeigt genau diese Situation, nämlich das Ventil 40 in der geöffneten Stellung. In diese Stellung steht das Ventil 40 spitzwinklig zu der Ebene des Dichtmittels 30. Weiter zeigt die Fig. 5, dass es zweckmäßig ist, das Ventil 40 mit einer flächigen Ausformung 41 auszubilden, die vom Maß her an den Durchbruch 21 angepasst ist, womit die Dichtwirkung des Ventils 40 verbessert werden kann.
Die hier vorgeschlagene Ausbildung ist auch in einer Kombination des Ölkühlers mit einem Ölfilter anwendbar. Darüber hinaus kann, im Gegensatz zur vorstehenden Beschreibung, auch vorgesehen werden, das gemeinsame Bauteil 50 in Verbindung mit den Kühlmittelkanälen anzuordnen, um gewünschte vorteilhafte Wirkungen zu entfalten. Insbesondere in diesen Fällen könnte das Ventil 40 - wie oben bereits erwähnt - ein auf Temperaturänderungen des Kühlmittels ansprechendes Ventil sein. Diese von dem Vorschlag mit umfassten Ausgestaltungen lassen auch erkennen, dass das Bauteil 50 nicht als insgesamt flaches Bauteil 50 ausgebildet sein muss. In anderen Anwendungen ist das Ventil 40 bzw. das Strömungslenkungsmittel von der Ebene des Dichtmittels 30 einfach oder auch mehrfach abgewinkelt angeordnet worden.
Die Fig. 3 zeigt rein prinzipiell ein solches gemeinsames Bauteil 50, bei dem das Ventil 40 abgewinkelt von der Ebene der Dichtung 30 angeordnet worden ist, um für andere Einsatzfälle bzw. auch für andere Bypassanordnungen geeignet zu sein. Die punktierte Linie soll dort die Öffnungs - oder die Schließstellung des Ventils 40 andeuten.
Die Fig. 6 und 7 zeigen nun ein für manche Anwendungen vorteilhaftes anderes Ausführungsbeispiel, welches sich dadurch vom bereits beschriebenen Ausführungsbeispiel unterscheidet, dass sich das gemeinsame Bauteil 50 nahezu über die Gesamtfläche der Grundplatte 20 erstreckt.

Claims

Wärmetauscher, beispielsweise Ölkühler, aufgebaut aus einem Stapel von Kanäle bildenden Platten (1), wobei die Platten (1) wenigstens zwei Öffnungen (10) aufweisen, die im Plattenstapel wenigstens einen Sammelkanal (11) und einen Verteilerkanal (12) ausbilden, die die Kanäle strömungstechnisch verbinden und mit einer Grundplatte (20), die am Plattenstapel angeordnet ist sowie mit wenigstens einem Dichtmittel (30), um den Wärmetauscher abzudichten und mit wenigstens einem Strömungslenkungsmittel (40), um die Durchströmung des Wärmetauschers zu beeinflussen,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Dichtmittel (30) und das Strömungslenkungsmittel (40) ein gemeinsames Bauteil (50) darstellen.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Bauteil (50) mit Befestigungsmitteln (60) ausgebildet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Bauteil (50) vorzugsweise aus Metall besteht.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass Dichtmittel (30) eine Metallsickendichtung ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, 2 ,3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtmittel (30) die Öffnung des Sammelkanals (11) und / oder des Verteilerkanals (12) umgreift.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bypasskanal (5) im Wärmetauscher vorgesehen ist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungslenkungsmittel (40) ein Ventil ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil ein Klappenventil ist, welches vorzugsweise auf Druck anspricht.
Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das einstückig mit dem Dichtmittel ausgebildete Ventil (40) wenigstens eine Auswölbung (41) aufweist.
Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (20) aus mehreren aneinander liegenden Platten (20a, 20b, 20c) gebildet ist, wobei der Bypasskanal (5) in einer der Platten (20b) ausgebildet ist
Wärmetauscher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einer anderen der aneinander liegenden Platten ein Durchbruch (21) ausgebildet ist, der eine Strömungsverbindung zwischen dem Bypasskanal (5) und dem Ventil zur Verfügung stellt.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Bauteil (50) als allgemein flaches Bauteil ausgebildet ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Bauteil (50) abgewinkelt ist, das heißt, das Strömungslenkungsmittel (40) erstreckt sich unter einem Winkel zur Ebene des Dichtungsmittels (30).