DE60024723T2 - Platte mit Wulsten für Wärmetauscher und deren Herstellung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sickenplatte für einen Wärmetauscher, auf einen Wärmetauscher und auf ein Verfahren zur Herstellung einer Sickenplatte und eines Wärmetauschers.
• Es ist bekannt, Platten für Wärmetauscher wie z.B. einen Ölkühler in einem Kraftfahrzeug zu stellen. Im typischen Falle führen dabei gegenüberliegende Platten ein erstes Medium in Kontakt mit der Innenseite derselben, während ein zweites Medium die Außenseite derselben bestreicht. Im typischen Fall ist das erste Medium Öl, und das zweite Medium ist Luft. Wenn eine Temperaturdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Medium besteht, wird über die wärmeleitenden Wandungen der Platten Wärme zwischen den beiden übertragen.
• Ebenso ist es bekannt, gewellte Stege oder Rippen vorzusehen, die zwischen je zwei Platten eines Wärmetauschers wie z.B. eines Ölkühlers angeordnet sind, und die als Verwirbelungselemente dienen, um die medienseitige Wärmeübergangszahl zu erhöhen, während damit verbunden auch ein merklicher Druckverlust auf der Medienseite in Kauf genommen werden muß. Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung einer solchen Konstruktion ist, eine gewellte Kühlrippe physisch in den Raum zwischen den Platten einzupressen, nachdem die Platten hergestellt worden sind. Dies ist ein äußerst schwieriger Prozeß, weil die zwischen die Platten einzupressende gewellte Kühlrippe äußerst dünn und während des Einfügevorganges verformungsgefährdet ist.
• Auch ist es bekannt, mit Sicken versehene Platten für einen Wärmetauscher vorzusehen, worin Sicken mehrere Durchgänge zwischen den Platten bilden, so daß ein Medium dort hindurchfließen kann, um so die für die Wärmeübertragung verfügbare Oberfläche an wärmeleitendem Material zu erhöhen, wobei in dem zwischen den Platten hindurchströmenden Medium Turbulenzen erzeugt werden. Ein Beispiel eines solchen Wärmetauschers ist in der US-Patentschrift Nr. 4,600,053 offenbart, welche die Merkmale der Oberbegriffe jeweils von Patentanspruch 1 und von Patentanspruch 9 und 13 offenbart. In dieser Patentschrift hat jede Platte mehrere daran angeformte Sicken, wobei eine Platte eine bestimmte Art von Sicken hat, und die andere Platte eine andere bestimmte Art von Sicken aufweist. Die Sicken der Platten liegen aneinander an und sind miteinander verbunden, so daß das Medium gezwungen ist, um sie herumzuströmen. Die Sicken sind in Reihen ange ordnet, in welchen eine Reihe ein Muster "A" aufweist, und die benachbarte bzw. nächste Reihe ein Muster "B" hat, wobei diese Sicken jeweils mit den Zwischenräumen des A-Musters fluchten. Die Reihen wiederholen sich in einer AB-Folge, in welcher die Sicken in den A-Reihen in Längsrichtung bzw. in stromabwärtiger Richtung miteinander fluchten, und die Sicken in den B-Reihen in Längsrichtung bzw. in stromabwärtiger Richtung miteinander fluchten.
• Zwar haben sich die obengenannten Wärmetauscher gut bewährt, es ist jedoch wünschenswert, den Einsatz eines Verwirbelungselementes zwischen den Platten eines Wärmetauschers zu vermeiden. Ebenso ist es wünschenswert, Sickenplatten zu liefern, die ein sich wiederholendes Reihenmuster nicht miteinander fluchtender Sicken haben. Weiterhin ist es wünschenswert, Sickenplatten für einen Wärmetauscher zu stellen, die weniger Strömungswiderstand als gleichgroße Wärmetauscher mit Verwirbelungselementen und vergleichbarer Wärmeabgabe bieten.
• Die EP-A-0650024 offenbart eine Sickenplatte mit sich wiederholenden Mustern von Sickenreihen, wo die Sicken in einigen Reihen mit den Sicken in anderen Reihen in demselben Muster fluchten.
• Demgegenüber bietet die vorliegende Erfindung eine Sickenplatte für einen Wärmetauscher mit einer Platte, die sich in Längsrichtung und in Querrichtung erstreckt und eine allgemein ebene Oberfläche und mehrere, in seitlichem Abstand von einander angeordnete Sicken aufweist, die sich im wesentlichen rechtwinklig zu besagter Oberfläche der besagten Platte erstrecken, wobei die Sicken in einem sich wiederholenden Muster geformt sind, wobei jedes Muster wenigstens drei in Längsrichtung von einander beabstandete Reihen von nicht mit einander fluchtenden Sicken beinhaltet.
• Auch stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Sickenplatte für einen Wärmetauscher, welches die Schritte der Stellung einer sich in Längs- und Querrichtung erstreckenden Platte mit einer allgemein ebenen Oberfläche beinhaltet, und des Einformens mehrerer seitlich von einander beabstandeter Sicken, die sich allgemein rechtwinklig zur Oberfläche der Platte erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicken in einem sich wiederholenden Muster angeordnet sind, wobei jedes Muster wenigstens drei in Längsrichtung von einander beabstandete Reihen nicht miteinander fluchtender Sicken beinhaltet.
• Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß eine Sickenplatte für einen Wärmetauscher wie z.B. einen Ölkühler für ein Kraftfahrzeug zur Kühlung von flüssigem Öl gestellt wird. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß die Sickenplatte die Notwendigkeit eines separaten Verwirbelungselementes zwischen den Platten eines Wärmetauschers wie z.B. eines Ölkühlers vermeidet. Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß die Sickenplatte weniger Durchflußwiderstand bietet, als gleichgroße Wärmetauscher mit Verwirbelungselementen mit vergleichbarer Wärmeabgabe. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist noch, daß ein Verfahren zur Herstellung einer Sickenplatte für einen Ölkühler gestellt wird, das weniger Material und weniger Teile erfordert und den Montageaufwand senkt. Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß
  die Sickenplatte eine gleichmäßigere Verteilung des so erhöhten Wärmeaustausches und der Vermischung über die Tiefe der Platte gewährleistet, als dies bei herkömmlicheren Anordnungen in Sickenreihen und -Spalten geschieht.
• Die Erfindung bietet auch einen Wärmetauscher mit einer wie oben beschriebenen Sickenplatte und ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, in welchem die oben beschriebene Sickenplatte zum Einsatz kommt.
• Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung lassen sich leicht erkennen, während diese angesichts der folgenden Beschreibung besser verständlich gemacht wird, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen zu betrachten ist.
• 1 ist eine teilweise Ansicht einer Sickenplatte gemäß der vorliegenden Erfindung, welche in Funktionsverbindung mit einem Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug dargestellt ist.
• 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in 1.
• 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in 2.
• Es sei nun Bezug genommen auf die Zeichnungen, und insbesondere auf 1, wo eine Ausführungsform eines Wärmetauschers 10 gemäß der vorliegenden Erfindung, wie z.B. ein Ölkühler, ein Verdampfer oder ein Kondensator für ein (nicht dargestelltes) Kraftfahrzeug dargestellt ist. Der Wärmetauscher 10 beinhaltet eine Vielzahl paarweise einander gegenüberliegend angeordneter, miteinander verbundener, allgemein paralleler Sickenplatten 12 gemäß der vorliegenden Erfindung, so daß diese zwischen sich einen Kanal 14 bilden. Darüber hinaus beinhaltet der Wärmetauscher 14 mehrere gewellte bzw. schlangenförmige Rippen 16, die an einer Außenseite jeder der Sickenplatten 12 angebracht sind. Die Rippen 16 sind zwischen jedem Paar miteinander verbundener Sickenplatten 12 angeordnet, so daß ein Stapel gebildet wird. Die Rippen 16 dienen als Mittel zur Ableitung von Wärme von den Sickenplatten 12, während sie gleichzeitig eine Vergrößerung der Oberfläche für Konvektionswärmeübertragung an über den Wärmetauscher 10 streichende Luft bieten. Der Wärmetauscher 10 beinhaltet des weiteren einander gegenüberliegend angeordnete erste und zweite Montageplatten 18 und 20 jeweils an den Enden des Stapels. Die Montageplatten 18, 20 stehen in Fließverbindung mit allgemein bei 21 angedeuteten Sammelkanälen, die durch Ausbuchtungen an jeder Sickenplatte 12 gebildet werden. Der Wärmetauscher 10 beinhaltet auch einen in die erste Montageplatte 18 eingeformten Medieneinlaß 24 zur Einleitung von Medium in den Wärmetauscher 10 und einen in die zweite Montageplatte 18 eingeformten Auslaß 26 zur Ableitung von Medium aus dem Wärmetauscher 10. Es läßt sich erkennen, daß der Wärmetauscher 10 mit Ausnahme der Sickenplatten 12 herkömmlich konstruiert und in der Technik bekannt ist. Es sei weiterhin
  angemerkt, daß die Sickenplatten 12 auch für Wärmetauscher in anderen Anwendungsfällen neben denjenigen von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden können.
• Mit Bezug auf die 1 bis 3 erstreckt sich die Sickenplatte 12 in Längsrichtung und ist im wesentlichen eben oder flach. Die Sickenplatte 12 weist an jedem Ende eine erhabene Ausbuchtung 22 auf, durch welche eine Öffnung 27 verläuft. Die Ausbuchtungen 22 sind so aufeinander gestapelt, daß die Öffnungen 27 miteinander fluchten und Sammelkanäle 21 bilden, so daß eine parallele Strömung von Medium durch die Kanäle 14 der Sickenplatten 12 ermöglicht wird. Es sei angemerkt, daß solche Sammelkanäle 21 herkömmlich konstruiert und in der Technik bekannt sind.
• Die Sickenplatte 12 weist eine allgemein ebene Oberfläche 28 auf, die sich in Längs- und in Querrichtung erstreckt. Des weiteren weist die Sickenplatte 12 mehrere Sicken 30 auf, die über die Ebene der Oberfläche 28 hinausragen und allgemein senkrecht dazu liegen und in seitlichem Abstand von einander angeordnet sind. Die Sicken 30 haben eine im wesentlichen kreisförmige Form und einen vor gegebenen Durchmesser von z.B. drei Millimetern. Die Sicken 30 haben eine Seitenwand 32, die in einem Winkel zur Oberfläche 28 von einem größeren Durchmesser zu einem kleineren Durchmesser verläuft und in einer im wesentlichen ebenen Stirnwand 34 ausläuft. Die Stirnwand 34 hat einen vorgegebenen Durchmesser von z.B. 1,5 Millimetern und eine durch diese Wand reichende Öffnung 36. Es läßt sich erkennen, daß die Sicken 30 eine allgemein kegelstumpfförmige Gestalt haben.
• Wie 2 zeigt, sind die Sicken 30 nach einem sich wiederholenden Muster 38 mit mehreren Reihen geformt, wenigstens drei Reihen im Muster 38, vorzugsweise mit vier Reihen A, B, C, D im Muster 38. Jede Reihe A, B, C, D weist mehrere, vorzugsweise eine vorgegebene Anzahl im Bereich von zwei bis elf Sicken 30 auf. Die Reihen A, B, C, D der Sicken 30 sind in Längsrichtung um einen vorgegebenen Abstand von etwa 2,45 Millimetern von einander beabstandet. Die Sicken 30 in den Reihen A, B, C, D sind seitlich so positioniert, daß im Muster 38 keine der Sicken 30 direkt stromunterhalb einer anderen Sicke 30 liegt. Die Sicken 30 im Muster 38 sind in Strömungs- bzw. in Längsrichtung, wie sie die Pfeile 40 andeuten, nicht-fluchtend angeordnet. Das Muster 38 wiederholt sich in der durch die Pfeile 40 angedeuteten Strömungs- bzw. Längsrichtung. Es sei angemerkt, daß eine Reihe A, B, C, D nur volle Sicken 30 oder volle und halbe Sicken 30 enthalten kann.
• Die Sickenplatte 12 ist aus einem Material wie z.B. Aluminium oder einer Legierung desselben hergestellt und hat auf ihrer Innenseite und auf ihrer Außenseite eine Beschichtung zum Hartlöten. In der dargestellten Ausführungsform ist ein Sickenplattenpaar 12 so angeordnet, daß die Stirnwände 34 der Sicken 30 aneinander anliegen, so daß sie eine Vielzahl von
  Strömungsdurchgängen 42 im Kanal 14 bilden, wie es in den 1 und 3 veranschaulicht ist. Die Sicken 30 verwirbeln den Medienstrom durch den Kanal 32. Es sei angemerkt, daß die Stirnwände 34 der Sicken 30 miteinander verlötet sind. Ebenso sei angemerkt, daß der gesamte Wärmetauscher 10, wie in der Technik bekannt ist, hartgelötet ist.
• Mit Bezug auf die 1 bis 3 soll nun ein Verfahren zur Herstellung der Sickenplatte gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht werden. Das Verfahren beinhaltet den Schritt der Bereitstellung einer Platte 12 mit einer allgemein ebenen Oberfläche 28. Dieses Verfahren beinhaltet den Schritt der Ausformung mehrerer Sicken 30, die über die Oberfläche 28 der Platte 12 ragen, und zwar in einem sich wiederholenden Muster 38 nicht miteinander fluchtender Sicken 30 in mehreren Reihen A, B, C, D in dem Muster 38, wie es in 2 dargestellt ist. Der Schritt der Formung wird durch Prägen der Sicken 30 in die Platte 12 in einem herkömmlichen Prägeverfahren realisiert.
• Ebenso ist ein Verfahren zur Herstellung des Wärmetauschers 10 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Verfahren beinhaltet den Schritt der Anlage erster und zweiter Sickenplatten 12 aneinander, so daß der Kanal 14 dazwischen gebildet wird, und daß sich gegenüberliegende Sicken 30 gegenseitig berühren, so daß die Mediendurchgänge 42 gebildet werden, wie dies in den 1 und 3 dargestellt ist. Das Verfahren beinhaltet den Schritt der Verlötung je zweier Sickenplatten 12 miteinander, indem die Sickenplatten 12 auf eine vorgegebene Temperatur gebracht werden, bei der das Lot schmilzt und die Ausbuchtungen 22 und die Sicken 30 der Sickenplatten 12 miteinander verlötet. Die beiden so zusammengefügten Sickenplatten 12 werden dann gekühlt, so daß das schmelzflüssige Lot erstarrt und die Ausbuchtungen 22 miteinander und die Sicken 30 miteinander verbindet. Das Verfahren beinhaltet den Schritt der Anordnung von Kühlrippen 16 zwischen jeweils zusammengefügten Sickenplattenpaaren 12, und der Verlötung der Kühlrippen 16 mit den Sickenplatten 12. Das Verfahren beinhaltet des weiteren den Schritt der Verbindung erster und zweiter Montageplatten 18 und 20 mit den gelöteten Kühlrippen 16 und Sickenplatten 12 derart, daß ein Wärmetauscher 10 gebildet wird.
• Die vorliegende Erfindung ist hier veranschaulichend beschrieben worden. Es versteht sich von selbst, daß die hier verwendete Terminologie nach Art beschreibender Worte und nicht in einschränkender Weise aufzufassen ist.

Claims (13)

1. Sickenplatte (12) für einen Wärmetauscher (10), folgendes aufweisend: eine sich in Längs- und Querrichtung erstreckende Platte (12) mit einer allgemein ebenen Oberfläche (28); und mehrere seitlich im Abstand von einander angeordnete Sicken (30), die sich im wesentlichen rechtwinklig zu besagter Oberfläche (28) der besagten Platte (12) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Sicken (30) in einem sich wiederholenden Muster geformt sind, wobei jedes Muster wenigstens drei in Längsrichtung von einander beabstandete Reihen (A, B, C, D) von nicht miteinander fluchtenden Sicken (30) beinhaltet.
2. Sickenplatte nach Anspruch 1, worin besagtes Muster vier besagte Reihen (A, B, C, D) beinhaltet.
3. Sickenplatte nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin besagte Sicken (30) eine allgemein kegelstumpfförmige Querschnittsgestalt haben.
4. Sickenplatte nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, worin jede der besagten Reihen (A, B, C, D) von zwei bis elf der besagten Sicken (30) enthält.
5. Wärmetauscher (10), folgendes aufweisend: mehrere allgemein ebene, parallele Platten (12), welche sich in Längs- und Querrichtung erstrecken, wobei die besagten Platten (12) paarweise einander gegenüberliegend angeordnet miteinander verbunden sind, so daß sie zwischen sich einen Kanal (14) bilden, wobei die besagten Plattenpaare (12) miteinander verbunden und in einem Plattenstapel fluchtend miteinander ausgerichtet sind; mehrere, an einer Außenseite der besagten Platten (12) angebrachte und zwischen jedem Paar der besagten miteinander verbundenen Platten (12) angeordneten Rippen (16); und wobei besagte Platten (12) mehrere seitlich von einander beabstandete und einander gegenüberliegende Sicken (30) in besagtem Kanal (14) aufweisen; dadurch gekennzeichnet, daß besagte Sicken (30) in einem sich wiederholenden Muster geformt sind, wobei jedes Muster wenigstens drei in Längsrichtung von einander beabstandete Reihen (A, B, C, D) nicht miteinander fluchtender Sicken (30) enthält.
6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, worin besagtes Muster vier der besagten Reihen (A, B, C, D) enthält.
7. Wärmetauscher nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, worin besagte Sicken (30) im Querschnitt eine allgemein kegelstumpfförmige Gestalt haben.
8. Wärmetauscher nach einem beliebigen der Ansprüche 5 bis 7, worin jede der besagten Reihen (A, B, C, D) von zwei bis elf besagte Sicken (30) enthält.
9. Verfahren zur Herstellung einer Sickenplatte (12) für einen Wärmetauscher (10), folgende Schritte beinhaltend: Stellen einer sich in Längs- und Querrichtung erstreckenden Platte (12) mit einer allgemein ebenen Oberfläche (28); und Formen mehrerer seitlich von einander beabstandeter Sicken (30), so daß sich diese allgemein rechtwinklig zur Oberfläche (28) der Platte (12) erstrecken; dadurch gekennzeichnet, daß besagte Sicken (30) in einem sich wiederholenden Muster angeordnet sind, wobei jedes Muster wenigstens drei in Längsrichtung von einander beabstandete Reihen (A, B, C, D) nicht miteinander fluchtender Sicken (30) beinhaltet.
10. Verfahren nach Anspruch 9, worin besagter Schritt der Formung das Einfor men von vier Reihen (A, B, C, D) von Sicken nach einem Muster beinhaltet.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, worin besagter Schritt der Formung des Einformen von zwei bis elf Sicken (30) in einer Reihe beinhaltet.
12. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 9 bis 11, worin besagter Schritt der Formung das Formen der besagten Sicken (30) mit einer allgemein kegelstumpfförmigen Querschnittsgestalt beinhaltet.
13. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers (10), folgende Schritte beinhaltend: Stellen mehrerer allgemein ebener paralleler Platten (12), welche sich in Längs- und Querrichtung erstrecken und mehrere seitlich von einander beabstandete Sicken (30) mit einer allgemein kegelstumpfförmigen Querschnittsgestalt enthalten, wobei die Platten (12) paarweise einander gegenüberliegend angeordnet miteinander verbunden sind, so daß sie zwischen sich einen Kanal (14) bilden, wobei die besagten Plattenpaare (12) miteinander verbunden und in einem Plattenstapel fluchtend miteinander ausgerichtet sind; Stellen mehrerer, an einer Außenseite der besagten Platten (12) zu befestigender Rippen (16) und Anordnen der Rippen (16) zwischen jedem Paar der besagten miteinander verbundenen Platten (12); und Zusammenfügen der Rippen (16) und der Paare miteinander verbundener Platten (12) zur Bildung eines Wärmetauschers (10); dadurch gekennzeichnet, daß besagte Sicken (30) in einem sich wiederholenden Muster geformt sind, wobei jedes Muster wenigstens drei in Längsrichtung von einander beabstandete Reihen (A, B, C, D) nicht miteinander fluchtender Sicken (30) enthält.