DE4042019A1 - Waermetauscher - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere einen
Ölkühler, mit einem aus aufeinandergestapelten und unterein
ander mit Durchflußöffnungen in Verbindung stehenden Scheiben
körpern aufgebauten Scheibenpaket und einem dieses einschlies
senden Gehäuse mit einem Kunststoffmantel, wobei Scheibenpaket
und Gehäuse von je einem der dem Wärmeaustausch unterworfenen
Medien durchflossen sind.
Ein Wärmetauscher dieser Art ist bekannt (EP 01 24 217 A1). Bei
dieser bekannten Bauart werden die Scheibenkörper zunächst mit
den beiden, den späteren Boden und den Deckel bildenden
Scheiben dicht verlötet, und anschließend wird der Kunststoff
mantel von der Deckelseite her über den noch hochstehenden Rand
des Deckels unter Zwischenfügung einer Dichtung in einen Boden
rand eingeschoben, wonach dann der hochstehende Deckelrand
ebenfalls unter Zwischenfügung einer Dichtung um die andere
Stirnseite des Mantels umgeschlagen wird. Diese Art der Her
stellung und der Montage des Kunststoffgehäuseringes auf dem
vorgelöteten Grundkörper ist aufwendig.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen
Wärmetauscher der eingangs genannten Art so auszubilden, daß
auf das Umfalzen von Deckel und Boden um den Kunststoffmantel
und auf das verhältnismäßig komplizierte Aufsetzen des Kunst
stoffmantels auf das Scheibenpaket verzichtet werden kann. Zur
Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Wärmetauscher der eingangs
genannten Art vorgesehen, daß der Boden und der Deckel des
Gehäuses ebenfalls aus Kunststoff bestehen, mit je einer ein
gepaßten Dichtung zur Abdichtung an dem Scheibenpaket versehen
und mit den Stirnseiten des Mantels verschweißt sind, wobei
jeder Dichtung ein Anschlagrand zur Anlage am Scheibenpaket
zugeordnet ist und die Dichtung zwischen Scheibenpaket und
Boden oder Deckel unter Vorspannung steht.
Durch diese Ausgestaltung braucht lediglich das Scheibenpaket
verlötet zu werden, das dann durch das Verschweißen des Deckels
und des Bodens mit dem Mantel gegenüber Deckel und Boden und
damit auch gegenüber dem zweiten Wärmetauschmedium ausreichend
abgedichtet ist. Aus der DE 32 47 502 A1 ist es zwar grundsätz
lich bekannt, einen aus Kunststoff bestehenden Rohrboden eines
Wärmetauschers mit einem aus Kunststoff bestehenden Wasser
kasten zu verschweißen. Dabei spielt dort aber das Einpassen
einer Dichtung zwischen Teile der miteinander zu verschweis
senden Kunststoffkörper keine Rolle. Die Erfindung schlägt
demgegenüber aber eine einfache Bauart eines gegenüber einem
Gehäuse sicher abzudichtenden Scheibenpaketes vor, bei dem
diese Abdichtung bisher ausschließlich durch Verlöten vor
genommen worden ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen. Besonders vorteilhaft ist es dabei (Anspruch
2), wenn der Boden und der Mantel ein einteiliges, topfartiges
Gehäuse bilden, auf das dann nur noch der Kunststoffdeckel auf
geschweißt werden muß. Vorteilhaft ist es auch (Anspruch 3),
wenn die Dichtung jeweils in einer Aussparung am Boden des
Gehäuses und im Deckel eingepaßt ist, wobei der Anschlagrand
(Anspruch 4) diese Aussparung umgeben kann. Dabei ist es durch
aus möglich, das Dichtungsmaterial in Streifenform unmittelbar
auf Bereiche der Aussparung so aufzubringen, daß die gewünschte
Dichtwirkung beim Verschweißen des Deckels mit dem Gehäuse er
reicht wird.
Besonders vorteilhaft ist es aber (Anspruch 5), wenn die Dich
tung als ein Streifen eines Dichtungsmateriales auf einem
dünnen Trägermaterial aufgebracht ist, dessen Kontur der Aus
sparung angepaßt ist. In diesem Fall nämlich genügt es, die
Dichtung, bei der in vorteilhafter Weise (Anspruch 6) das
Dichtungsmaterial jeweils als geschlossene Ringstreifen auf
beiden Seiten einer als Trägermaterial dienenden Trägerfolie
aufgebracht sein kann, in die vom Anschlagrand umgebene Aus
sparung einzulegen, das Scheibenpaket einzusetzen und den
ebenfalls mit einer Trägerfolie mit dem Dichtmaterial versehe
nen Deckel aufzusetzen und beim Schweißvorgang so lange gegen
das Gehäuse zu drücken, bis die Anschlagränder jeweils aufein
ander aufliegen. Das Dichtungsmaterial kann dabei in einfacher
Weise (Anspruch 7) streifenförmig auf die Trägerfolie aufge
spritzt sein, und diese Dichtungsstreifen können vorteilhaft
(Anspruch 8) spiegelsymmetrisch zu einer durch die Mitte der
Trägerfolie und parallel zu ihren mit dem Dichtungsmaterial
versehenen Flächen verlaufenden Ebene aufgebracht sein. Es
entsteht so, da die Trägerfolie nur sehr dünn zu sein braucht,
eine gut handhabbare elastische Dichtung, die sich exakt in die
dafür vorgesehenen Aussparungen einlegen und einpassen läßt, so
daß die Montage sehr einfach wird.
Vorteilhaft können die Abmessungen des Anschlagrandes (Anspruch
9) und der Aussparung einerseits und die Abmessung der Träger
folie und der aufgebrachten Dichtungsstreifen andererseits so
aufeinander abgestimmt sein, daß das Dichtungsmaterial nach dem
Verschweißen von Deckel und Gehäuse auf ca. 60% seiner Aus
gangsstärke zusammengedrückt ist und so unter der gewünschten
und ausreichenden Vorspannung steht. Deckel und Boden können
dabei (Anspruch 10) zweckmäßig mit dem Mantel oder der Deckel
mit dem Gehäuse durch Ultraschallschweißung verbunden sein,
wobei die miteinander zu verschweißenden Zonen unter Erweichen
sich miteinander verbinden und die bei diesem Schweißvorgang
aufgebrachte Axialkraft durch die aufeinandertreffenenden
Anschlagränder begrenzt ist. Die dann erreichte Vorspannung
reicht einerseits aus, um eine sichere Abdichtung gegenüber dem
zweiten Wärmetauschmedium zu erreichen. Sie ist andererseits
aber auch nicht zu hoch, um die Gefahr einer frühzeitigen Er
müdung des Dichtungsmateriales mit sich zu bringen. Zweckmäßig
hat sich als Dichtungsmaterial Silikon erwiesen, das sich in
einfacher Weise auf die Trägerfolie aufspritzen läßt (Anspruch
11).
Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungs
beispieles dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines topfartigen Gehäuses zur Her
stellung eines erfindungsgemäßen Ölkühlers,
Fig. 2 die Draufsicht in Richtung des Pfeiles II auf das
Gehäuse der Fig. 1,
Fig. 3 den Schnitt durch das Gehäuse der Fig. 1 längs der
Linie III-III,
Fig. 4 die Ansicht der Innenseite des Bodens des Gehäuses der
Fig. 3,
Fig. 5 die Seitenansicht eines Scheibenpaketes zur Herstel
lung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers,
Fig. 6 die Draufsicht in Richtung des Pfeiles VI auf das
Scheibenpaket der Fig. 5,
Fig. 7 die schematische Darstellung des Einbaues des
Scheibenpaketes der Fig. 5 in das Gehäuse der Fig. 3
und die Anordnung eines das Gehäuse abschließenden
Deckels in der Schnittdarstellung der Fig. 8,
Fig. 8 den Deckel der Fig. 7 in einer Schnittdarstellung
längs der Linie VIII-VIII durch Fig. 10,
Fig. 9 die Ansicht der Innenseite des Deckels der Fig. 8 und
10 in Richtung des Pfeiles IX gesehen,
Fig. 10 die Ansicht des gesamten Deckels der Fig. 8, ebenfalls
in Richtung des Pfeiles IX gesehen,
Fig. 11 die Draufsicht auf eine zwischen Gehäuseboden oder
-deckel und Scheibenpaket nach Fig. 7 einlegbare
Dichtung und
Fig. 12 den Schnitt durch die Dichtung der Fig. 11 längs der
Linie XII-XII.
In den Fig. 1 bis 3 ist ein topfförmiges Gehäuse (1) gezeigt,
das mit zwei von einer abgeflachten Gehäuseseite (1a) aus nach
außen abragenden Anschlußstutzen (2 und 3) für den Zu- und
Ablauf eines Wärmetauschmediums, hier eines Kühlmittels, ver
sehen ist. Das Gehäuse (1) besteht aus Kunststoff und ist mit
einem mit mehreren Verstärkungsrippen (4 und 5) versehenen
Boden (6) versehen, der eine zentrale Öffnung (7) aufweist. Das
Gehäuse (1), das mit Ausnahme der abgeflachten Wandung (1a) und
deren seitlichen Übergängen im wesentlichen kreisrunde Topfform
aufweist, besitzt an seinem freien Rand (8), der dem Boden (6)
gegenüberliegt einen dünneren, von der Stirnseite des Randes
(8) nach außen abragenden Wulstrand (8a), der, wie später noch
erläutert werden wird, für die Verschweißung mit einem Kunst
stoffdeckel dient. Im übrigen ist am Boden (6) des Gehäuses und
auf dessen Außenseite zwischen zwei rings umlaufenden konzen
trischen Verstärkungsrippen (4) eine Nut (9) zur Aufnahme einer
Dichtung vorgesehen, die zur Abdichtung gegenüber einem An
schlußteil, z. B. des Motors, dient, dessen Öl gekühlt werden
soll. Die Fig. 3 zeigt, daß auf der Innenseite des Bodens (6)
zwei nach innen abragende Zapfen (10 und 11) vorgesehen sind,
die dazu dienen, das später in das Gehäuse (1) eingesetzte
Scheibenpaket gemäß den Fig. 5 und 6 in seiner Lage innerhalb
des Gehäuses auszurichten.
Wie Fig. 4 aber auch zeigt, ist auf der Innenseite des Bodens
(6) eine von einem Anschlagrand (12) umgebene Aussparung (14)
mit einem flacheren Rand (13) vorgesehen, die dazu dient, eine
flache Dichtung (29), wie sie in den Fig. 11 und 12 gezeigt und
erläutert ist, passend aufzunehmen.
Die Fig. 5 und 6 zeigen das - gemäß Fig. 7 - in das Gehäuse (1)
einzusetzende Scheibenpaket (15), das in bekannter Weise aus
mehreren aufeinandergesetzten und untereinander verlöteten
hohlen Scheibenkörpern (16) besteht. Durch die Mitte aller
Scheibenkörper verläuft ein Rohrstutzen (17) der aus dem
Scheibenpaket (15) oben und unten herausragt. Diese heraus
ragenden Stutzenteile des Rohres (17) werden beim Einbau des
Scheibenpaketes (15) in die Öffnung (7) des Gehäuses (1) bzw.
in eine Öffnung (23) eines Deckels eingesetzt, der noch anhand
der Fig. 8, 9 und 10 erläutert wird. Alle Scheibenkörper (16)
besitzen auf den dem Rohr (17) diametral gegenüberliegenden
Seiten zwei nierenförmig gestaltete Langlöcher (18), die dazu
dienen, zum einen die Innenräume sämtlicher Scheibenkörper (16)
untereinander zu verbinden und zum anderen auch den Anschluß zu
nicht näher gezeigten Zuflußkanälen bzw. Abflußkanälen für das
zweite Wärmetauschmedium im vorliegenden Fall für Öl, her
zustellen.
Die Fig. 7 läßt erkennen, daß die Zapfen (10 und 11) dann, wenn
der Rohrstutzen (17) in die Öffnung (7) des Gehäuses (1)
hereinragt, ihrerseits in die eine der beiden nierenförmigen
Öffnungen (18) hereinragen und so, da sie an den Enden des
Langloches (18) anliegen, für eine exakte Lagesicherung des
Scheibenpaketes (15) im Gehäuse (1) sorgen. Durch diese Aus
richtung kommt das in der Fig. 6 auf der rechten Seite gelegene
Langloch (18) zur Deckung mit einer ebenfalls nierenförmig
ausgebildeten Langlochöffnung (19) im Boden (6) des Gehäuses
(1), so daß durch diese Öffnung (19) z. B. der Zufluß des zu
kühlenden Öles in das Scheibenpaket (15) bewirkt werden kann.
Das Öl kann auf der anderen Seite des Scheibenpaketes (15)
wiederum durch die dem Rohrstutzen (17) diametral zur Öffnung
(19) gegenüberliegende Öffnung (28) in einem Deckel (21) ab
und durch einen nicht gezeigten Filter zurück in das Rohr (17)
und von dort aus zum Motor zurückfließen. Diese Rückführung des
Öles ist aber nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Der Deckel (21) besteht ebenfalls aus Kunststoff, und zwar
zweckmäßig aus dem gleichen Kunststoff wie das Gehäuse (1). Der
Deckel besitzt an seinem Außenrand eine umlaufende Nut (22), in
die der Rand (8 und 8a) des Gehäuses (1) hereingeführt und mit
dem Deckel (21) z. B. durch Ultraschallschweißung verbunden
werden kann. Der Deckel (21) besitzt, wie Fig. 10 erkennen
läßt, auf seiner Außenseite ebenfalls radial und konzentrisch
verlaufende Verstärkungsrippen, die dem Deckel die notwendige
Stabilität verleihen. Er ist in seinem Zentrum mit einer Öff
nung (23) versehen, deren Durchmesser dem Durchmesser der
Öffnung (7) entspricht und dem Durchmesser des Rohres (17)
angepaßt ist.
Auf seiner Innenseite ist auch der Deckel (21) mit einem um
laufenden Anschlagrand (24) versehen, der, wie auch beim Boden
(6) des Gehäuses (1), eine Aussparung (25) mit einem sie ein
rahmenden flacheren Rand (26) umgibt. Diese Aussparung (25)
besitzt eine zu einer Mittellängsebene (27) (Fig. 10) symmetri
sche Form, die etwa als der Form einer Acht mit einem mittleren
aufgebauchten Teil entsprechend bezeichnet werden kann. In der
einen Hälfte dieser Aussparung (25) ist ein nierenförmiges
Langloch (28) angeordnet, das in seiner Form den Langlöchern
(18) des Scheibenpaketes (15) entspricht und das, wie schon an
gedeutet, dazu dient, den Ausfluß des durch die Scheibenkörper
(16) des Scheibenpaketes (15) geströmten Öles in einen Umlenk
oder Filterraum zu erlauben, von wo es dann durch das Rohr (17)
des Scheibenpaketes (15) hindurch wieder zurück zum Ausgangs
punkt, in der Regel zum Motor geführt werden kann. Mit Ausnahme
der Lage der Langlöcher (28) und (19) entsprechen sich die
Ausnehmungen (13, 14) im Boden (6) und die Ausnehmungen (26,
25) im Deckel (21).
Um die Abdichtung des Scheibenpaketes (15) im Bereich der Lang
löcher (18) zu den zugeordneten Eintrittsöffnungen (19) im
Gehäuse (1) bzw. zu der Austrittsöffnung (28) im Deckel (21) zu
bewirken, ist die in den Fig. 11 und 12 gezeigte Dichtung (29)
vorgesehen, die aus einer dünnen Trägerfolie (30) aus Metall
oder aus einem genügend steifen Kunststoff besteht, auf die
beidseitig umlaufende Streifen (31) aus einem Dichtungsmate
rial, z. B. aus Silikon aufgespritzt sind. Der Dichtungsstreifen
besitzt beim Ausführungsbeispiel, wie insbesondere Fig. 11 zu
entnehmen ist, eine Kontur eines mittleren, eine kreisrunde
Öffnung (32) in der Trägerfolie (30) umgebenden Ringes, der
nach beiden Seiten durch ohrenförmige Ansätze ergänzt ist,
welche nierenförmige Öffnungen (33) in der Trägerfolie (30)
umgeben, deren Form wiederum der Form der Öffnungen (28) im
Deckel bzw. (19) im Boden (6) des Gehäuses (1) angepaßt ist.
Die Trägerfolie kann dabei aus einem etwa 0,5 mm starken
Material bestehen, das auf beiden Seiten spiegelsymmetrisch zu
einer durch die Mitte der Trägerfolie (30) und parallel zu
ihren mit den Dichtungsstreifen (31) versehenen Flächen ver
laufenden Ebene (30a) mit den Dichtungsstreifen (31) in einer
gleichmäßigen Schichtstärke von etwa 0,4 mm versehen ist.
Bekanntlich läßt sich Silikon sehr genau dosiert aufspritzen,
so daß die Dichtung (29) unter Verwendung eines Trägermateria
les in sehr einfacher Weise hergestellt werden kann.
Zur Montage wird die Dichtung (29) dann einerseits in die Aus
sparung (13, 14) des Gehäuses (1) eingelegt und eine zweite
Dichtung in die Aussparung (25, 26) im Deckel (21). Die Träger
folie legt sich dabei auf die flachere Umrandung (13) bzw. (26)
im Boden und im Deckel auf und zentriert sich dort, während die
von der Trägerfolie abragenden Dichtstreifen (31) sich jeweils
in die tiefere Aussparung (14) des Bodens (6) bzw. (25) des
Deckels (21) hereinerstrecken. Die Abmessungen sind dabei so
getroffen, daß die Aussparung (14) nicht viel tiefer ist als
der umlaufende Rand (13) am Boden (6) und der umlaufende Rand
(12) nur so weit vom Boden (6) gegen das Scheibenpaket (15)
vorragt, daß er dann zur Anlage am Scheibenpaket kommt, wenn
die beiden symmetrisch auf der Trägerfolie (30) der Fig. 11 und
12 aufgebrachten Dichtstreifen (31) gleichmäßig jeweils auf
etwa 60% ihrer ursprünglichen Ausgangsstärke zusammengedrückt
sind. Dieser Zustand tritt ein, wenn gemäß Fig. 7 das Scheiben
paket (15) unter Zwischenlage der Dichtungen (29) mit seiner
oberen Anlagefläche (15a) am Anschlagrand (12) des Bodens (6)
des Gehäuses (1) einerseits und andererseits an dem umlaufenden
Anschlagrand (24) des Deckels (21) mit der Anlagefläche (15b)
anliegt. In diesem Fall ist auch der Rand (8, 8a) des Gehäuses
(1) in der Nut (22) des Deckels (21) aufgenommen und fest mit
dem Deckel durch Ultraschall verschweißt. Der gesamte Scheiben-
Ölkühler gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dann
fertiggestellt.
Natürlich wäre es auch möglich, die Dichtstreifen (31) in der
gezeigten Form nicht auf eine gesonderte Trägerfolie (30)
aufzubringen und dann in Deckel und Boden unverdrehbar einzu
legen, sondern es wäre auch möglich, die Dichtungsstreifen
unmittelbar im gewünschten Umfang um die Öffnungen (7 bzw. 23)
herum und um die Öffnungen (19 und 28) herum anzubringen. Auch
dann wäre es bei Wahl geeigneter Abmessungen möglich, die so
gebildete Dichtung auf 60% ihrer ursprünglichen Dicke zusam
menzudrücken und ihr eine Vorspannung zu erteilen, die aus
reichend ist, um die notwendige Dichtkraft aufzubringen,
andererseits aber nicht zu groß ist, um zu einer zu frühen
Ermüdung der Elastizität beizutragen. Beim gewählten Aus
führungsbeispiel und bei Verwendung einer Dichtung (29) kann
die Dichtung aber serienmäßig und getrennt von den beiden
Kunststoffteilen des Gehäuses (1) hergestellt werden. Sie wird
deshalb auch mit zwei der Öffnung (32) gegenüberliegenden Lang
lochöffnungen (33) versehen, damit sie sowohl für den Boden (6)
als auch für den Deckel (21) verwendbar ist, ohne daß beim
Einlegen darauf geachtet werden muß, daß die Öffnung in der
Dichtung auch der Öffnung im Boden bzw. im Deckel zugeordnet
ist.
Claims (11)
1. Wärmetauscher, insbesondere Ölkühler mit einem aus
aufeinandergestapelten und untereinander mit Durchflußöffnungen
in Verbindung stehenden Scheibenkörpern (16) aufgebauten
Scheibenpaket (15) und einem dieses einschließenden Gehäuse (1)
mit einem Kunststoffmantel, wobei Scheibenpaket und Gehäuse von
je einem der dem Wärmeaustausch unterworfenen Medien durch
flossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (6) und der
Deckel (21) des Gehäuses (1) ebenfalls aus Kunststoff bestehen,
mit je einer eingepaßten Dichtung (29) zur Abdichtung an dem
Scheibenpaket (15) versehen und mit den Stirnseiten (8) des
Mantels verschweißt sind, wobei jeder Dichtung ein Anschlagrand
(12, 24) zur Anlage am Scheibenpaket zugeordnet ist und die
Dichtung zwischen Scheibenpaket und Boden oder Deckel unter
Vorspannung steht.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Boden (6) und der Mantel ein einteiliges topfartiges
Gehäuse (1) bilden.
3. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Dichtung (29) jeweils in einer Aussparung
(14, 25) im Gehäuse (1) und im Deckel (21) eingepaßt sind.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Anschlagrand (12, 24) die Aussparung (14, 25) umgibt.
5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Dichtung (29) als ein Streifen (31)
eines Dichtungsmateriales auf einem dünnen Trägermaterial (30)
aufgebracht ist, dessen Kontur der Aussparung (14, 25) angepaßt
ist.
6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Dichtungsmaterial jeweils als geschlossene Ringstreifen
(31) auf beiden Seiten einer als Trägermaterial dienenden
Trägerfolie (30) aufgebracht ist.
7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das Dichtungsmaterial (31) aufgespritzt ist.
8. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Dichtungsstreifen (31) spiegelsymme
trisch zu einer durch die Mitte der Trägerfolie (30) und
parallel zu ihren mit dem Dichtungsmaterial versehenen Flächen
verlaufenden Ebene (30a) aufgebracht ist.
9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Abmessungen des Anschlagrandes (12, 24)
und der Aussparung (14, 25) einerseits und die Abmessung der
Trägerfolie (30) und der aufgebrachten Dichtungsstreifen (31)
andererseits so aufeinander abgestimmt sind, daß das Dichtungs
material nach dem Verschweißen von Deckel (21) und Gehäuse (1)
auf ca. 60% seiner Ausgangsstärke zusammengedrückt ist.
10. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Deckel (21) und Boden (6) mit dem Mantel oder
der Deckel (21) mit dem Gehäuse (1) durch Ultraschall-
Schweißung verbunden sind.
11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß als Dichtungsmaterial Silikon vor
gesehen ist.
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ID=6421586
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