DE3020557C2

DE3020557C2 - Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher als Ölkühler für Brennkraftmaschinen, insbesondere von Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE3020557C2
Application number: DE3020557A
Authority: DE
Inventors: Walter 7012 Fellbach Müller
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1980-05-30
Filing date: 1980-05-30
Publication date: 1984-04-26
Also published as: DE3020557A1

Description

3. Ölkühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der öleintritt (10a, \3a) des ersten Kühlergehäuses (12a,) zugleich den Öleintritt für die Bypass-Leitung (52) und der Ölaustritt (11a, Hajdes ^r>"> ersten Kühlergehäuses (12a,/ zugleich den Ölaustritt (54) für die Bypass-Leitung (52) bildet (F i g. 4).

4. ölkühler nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den die Strömungskanäle bildenden Zwischenräumen (20) zwischen je zwei ·> <> benachbarten Scheiben (17) Turbulenzbleche (49) oder nur Stützbleche angeordnet sind (F i g. 3).

Die Erfindung betrifft einen Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ölkühler der vorgenannten An werden üblicherweise auch als Scheibenölkühler bezeichnet. Die zu kühlende Ölmenge tritt am Öleintrittsflansch in den Scheibenölkühler ein und durchströmt das Kühlergehäuse zwischen den parallel angeordneten Scheiben, bis es am Ölaustrittsflansch den Scheibenölkühler wieder verläßt. Bei einem bekannten Scheibenölkühler wird das Kühlergehäuse von der zu kühlenden Ölmenge mit relativ geringer Geschwindigkeit in einer Richtung nur einmal durchströmt.

Durch die DE-AS 21 61 604 ist ein Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher bekanntgeworden, der aus einem Stapel in gleicher Weise gewellter Blechtafeln besteht. Der bekannte Wärmetauscher soll insbesondere zur Kühlung eines verdichteten Gases mittels einer Flüssigkeit dienen. Der angegebene Verwendungszweck macht bereits deutlich, daß hier grundsätzlich andere Verhältnisse vorliegen als bei einem Scheibenöikühler für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen. Denn es erfordert nicht nur in wärmetechnischer, sondern auch in konstruktiver Hinsicht weitgehend unterschiedliche Maßnahmen, ob man ein unter hohem Druck stehendes Gas (wie beim Gegenstand der DE-AS 21 61 604) oder eine erwärmte Flüssigke't relativ hoher Viskosität (wie beim Anmeldungsgegenstand) kühlen möchte.

Einen mit dem Wärmetauscher nach DE-AS 21 61 604 vergleichbaren Wärmetauscher zeigt auch die US 17 94 573. Der bekannte Wärmetauscher gemäß vorgenannter Druckschrift weist zwar Trennwände als Umlenkmittel auf, wobei diese Trennwände jeweils den Gehäuse-Eintritts- bzw. -Austrittsbereich des zu kühlenden Mediums unterteilen. Er ist jedoch ebensowenig wie der Gegenstand nach DE-AS 21 61 604 auf die besonderen wärmetechnischen und konstruktiven Verhältnisse bei der ölkühlung in Kraftfahrzeugen abgestimmt, so daß auch hier das bereits oben Gesagte gilt.

Ausgehend von dem im vorstehenden abgehandelten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher der eingangs bezeichneten Art so auszugestalten, daß seine Kühlleistung durch mehr Scheiben ohne Vergrößerung seiner räumlichen Abmessungen und ohne nennenswerte Erhöhung des baulichen Aufwandes verbessert wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Umlenkmittel lediglich am Öleintritt und am Ölaustritt kann in konstruktiv einfacher Weise der von dem Öl innerhalb des Kühlergehäuses zurückzulegende Weg vervielfacht und dadurch die Kühlleistung wesentlich erhöht werden. Zugleich wird durch die erfindungsgemäße Maßnahme die Ölgeschwindigkeit innerhalb des Ölkühlers erhöht. Die erfindungsgemäßc Maßnahme läßt sich auch an bereits vorhandenen Sehcibenölkühlern vornehmen, ohne daß damit eine Vergrößerung der äußeren Abmessungen der betreffenden Ölkühler verbunden ist.

Die Erfindung geht hierbei über den oben geschilderten Stand der Technik entscheidend und in nicht naheliegender Weise hinaus, indem in den Trennwänden des Gchäuse-Austriüsbereichs kreisrunde Ausnehmungen eingearbeitet sind, welche eine Integration des Ölrückfluß-Rohres in die Trennwände und damit in den Gehäuseteil ermöglichen. Hierdurch läßt sich in

vorteilhafter Weise unter optimaler Ausnutzung des speziell bei Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen vorhandenen engen Bauraumes eine Rückführung des gekühlten Motoröles erreichen. Es verringert sich hierdurch z. B. die Zahl der erforderlichen Anschlußflansche von normalerweise 3 auf nur 2 beim Gegenstand der vorliegenden Anmeldung.

Durch die erfindungsgemäße zentrale Durchtrittsöffnung in dem den Ölaustritt bildenden Gehäuseteil, mit daran anschließendem, als integriertes Ölrückflußrohr ausgebildetem ölaustrittskanal ist desweiteren eine problemlose Ableitung des Öls gewährleistet, nachdem dieses das Kühlergehäuse mehrmals in einander entgegengesetzten Richtungen durchströmt hat

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das integrierte öldurchflußrohr im Durchmesser variiert werden kann. Damit lassen sich in einfacher Weise die Öldurchflußmenge, d:r Durchflußwiderstand sowie der Wirkungsgrad im ölkühler beeinflussen bzw. verbessern.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung lassen sich den Ansprüchen 2,3 und 4 entnehmen. So stellt die in den Ansprüchen 2 und 3 beanspruchte Variante eine sehr zweckmäßige Weiterbildung des im Anspruch 1 offenbarten Grundgedankens der Erfindung dar. Die Besonderheit liegt hierbei darin, daß die beiden Einzel-Scheibenölkühler räumlich hintereinander, dennoch aber funktionell parallel geschaltet sind. Die für die beiden Scheibenölkühler bestimmte Gesamt-Ölmenge tritt nämlich zunächst in den einen Scheibenölkühler ein. Die für diesen nicht benötigte Teil-Ölmenge wird aber unmittelbar danach durch die Bypass-Leitung abgezweigt und in den Eintrilts-Gehäuseteil des anderen Scheibenölkühlers eingeleitet.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt

F i g. ί eine Ausführungsform eines als Einfachkühler ausgebildeten Scheibenölkühlers, im Schnitt längs der Linie I-l in Fig. 2,

F i g. 2 eine Draufsicht des Gegenstandes von F i g. 1 (Pfeil Λ in F i g. 1),

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 111 -1II in Fig. 1,

Fig.4 eine andere Ausführungsform, bei der zwei Scheibenölkühler zu einem Doppel-Scheibenölkühler parallelgeschaltet sind, in Schnittdarstellung entsprechend Fig. l.und

F i g. 5 eine Teilansicht des Gegenstandes von F i g. 4, in Pfeilrichtung Bgesehen.

Wie insbesondere F i g. 1 zeigt, besteht der Scheibenölkühler nach F i g. 1 —3 aus zwei seitlichen Gehäuseteilen 10, 11 und einem zwischen diesen angeordneten Kühlergehäuse 12. Der Gehäuseteil 10 bildet den mit 13 bezifferten Öleintritt, wohingegen der Ölaustritt 14 in dem zweiten seitlichen Gehäuseteil 11 vorgesehen ist. Das zu kühlende öl tritt also bei 13 in Pfeilrichtung 15 in den Scheibenölkühler ein und verläßt diesen bei 14 in Pfeilrichtung 16. Der Scheibenölkühler 10. 11, 12 ist in üblicher und daher nicht gezeigter Weise an dem Kurbel- und Ölkühlergehäuse einer Verbrennungskraftmaschine angebracht.

Wie weiterhin aus Fig. 1 hervorgeht, sind innerhalb des aus Blech gefertigten Kühlergehäuses 12 insgesamt neun oder mehr ebene Scheiben 17 in gleichmäßigen Abständen parallel zueinander angeordnet. Jede dieser Scheiben 17 besteht aus zwei an den Enden umgebördelten und miteinander verbundenen Blechteilen 18, 19. Zwischen den einzelnen Scheiben 17 und zwischen den Scheiben 17 und den äußeren Gehäusewänden des Kühlergehäuses 12 bilden sich insgesamt 10 oder 13 (12 Scheiben) miteinander parallele Strömungskanäle, 20 oder 26 (24 Scheiben), für das zu kühlende öl aus. Bezogen auf die Darstellung nach F i g. 1 strömt also das kühlende öl innerhalb des Kühlergehäuses 12 in Horizontalrichtung. Dies erfordert eine Umlenkung des ölstromes am öleintritt 13 um 90°, die durch Pfeile 21—23 angedeutet ist Am ölaustritt 14 ist wiederum eine Umlenkung des ölstromes um 90° erforderlich, was durch Pfeile 24—26gekennzeichnet ist.

Wie des weiteren aus F i g. 1 erkennbar ist, weisen die beiden seitlichen, in ihren äußeren Abmessungen zylindrisch ausgebildeten Gehäuseteile 10, 11 an ihrem Umfang in regelmäßigen Abständen quer zu ihren Mittelachsen 27 bzw. 28 gerichtete Durchbrechungen 29 auf. Die Durchbrechungen 29 dienen einerseits zur Verbindung der Gehäuseteile 10,11 mit dem Kühlergehäuse 12 und andererseits zur Befestigung der in dem Kühlergehäuse 12 angeordneten parailelen Scheiben 17.

Der Gehäuseteil 10 besitzt außerdem etwa auf der Höhe der Mitte seiner Längserstreckung eine durchgehende Trennwand 30, die den Innenraum des Gehäuseteils 10 in zwei Teilräume 31 und 32 unterteilt. Auch in den zweiten Gehäuseteil 11 ist eine hier mit 33 bezifferte Trennwand eingebaut, jedoch liegt diese etwa im oberen Drittel des Gehäuseteils 11 und besitzt eine zentrale kreisförmige Durchtrittsöffnung 34. An die Durchtrittsöffnung 34 in der Trennwand 33 des Gehäuseteils 11 schließt sich nach unten ein Ölaustrittskanal 35 an, der durch ein Rohr 36 gebildet wird. Das Rohr 36 ist hierbei an seinem oberen Ende bis 37 mit der Trennwand 33 fest gelötet oder verschweißt. An seinem unteren Ende sitzt das Rohr 36 in einer entsprechenden Ausdehnung 38 des Gehäuseteiis 11, derart, daß der

-J5 Durchmesser des ölaustritts 14 und der Innendurchmesser des Rohres 36 genau gleich sind. Durch die Trennwand 33 und das Rohr 36 wird der Innenraum des Gehäuseteils 11 ebenfalls in zwei Teilräume unterteilt, und zwar einmal in den bereits erwähnten ölaustrittskanal 35 und zum anderen in einen diesen umgebenden ringförmigen Teilraum 39.

Da die Strömungsverhältnisse des den Scheibenölkühler durchctrömenden Öls in '⁷ i g. 1 durch zahlreiche Pfeile veranschaulicht sind, ist leicht erkennbar, daß die Trennwände 30, 33, letztere zusammen mit dem Rohr 36, als Umlenkmittel für die Ströme der zu kühlenden ölmenge dienen. Die bei 13 in Pfeilrichtung 15 in den Gehäuseteil 10 eintretende ölmenge wird durch die Trennwand 30 zunächst in Pfeilrichtung 21, 22, 23

⁵⁽¹ umgelenkt und durchströmt anschließend die betreffenden drei Strömungskanäle 20a, 20b und 20c in Pfeilrichtung 40. Die zu kühlende ölmenge gelangt am Ende der Kanäle 20a, 206, 20c in den Ringraum 39 des Gehäuseteils 11, wo infolge der Trennwand 33 und des Rohres 36 eine Umlenkung in Pfeilrichtung 41 —43, d. h. in die drei mit 20c/, 20e und 20/ bezeichneten Strömungskanäle erfolgt. Diese werden nun in der Pfeilrichtung 40 entgegengesetzter Richtung, also in Pfeilrichtung 44, durchströmt. Am Ende der Strömungs-

kanäle 20c/, 2Oe und 20/gelangt die ölmenge wiederum in den Gehäuseteil 10, und zwar in den oberen Teilraum 32 desselben. Hier erfolgt wiederum eine Umkehr der Strömungsrichtung um 180°, wie durch Pfeile 45, 46 und 47 veranschaulicht. Die zu kühlende ölmenge durchströmt daraufhin ein drittes Mal das Kühlergehäuse 12, und zwar dieses Mal wieder in der ursprünglichen Strömungsrichtung 40. Als Strömungskanäle dienen hierbei die drei oberen, mit 2Qe. 20Λ und 20/

bezeichneten Kanäle. Am Ende seines Weges, nachdem das Öl das Kühlergehäuse 12 dreimal in Längsrichtung durchströmt hat, gelangt es schließlich in den Ölaustrittskanal 35 und von dort in Pfeilrichtung 48 zum ölaustritt 14, von wo es seiner weiteren Verwendung, z. B. zu einem Ölfilter, zugeführt werden kann.

Infolge der zweimaligen Umlenkung der zu kühlenden Ölmenge innerhalb des Kühlergehäuses 12 durch die Trennwände 30, 33 verlängert sich der vom Öl zurückzulegende Weg gegenüber einem normalen Scheibenölkühler um das Dreifache. Hierdurch ist natürlich auch eine entsprechende Erhöhung der Ölgeschwindigkeit innerhalb des Kühlergehäuses 12 bedingt. Um Turbulenzen innerhalb der strömenden ölrnersge zu vermeiden, die eine Herabrninderung der Kühlleistung des ölkühlers bewirken würden, sind — wie Fig. 3 zeigt — in den Strömungskanälen 20 zwischen den Scheiben 17 sogenannte Turbulenzbleche 49 oder nur Stützbleche eingelegt.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 4 und 5 sind zwei Scheibenölkühler, die im Prinzip so aufgebaut sind wie der Einfach-Scheibenölkühler nach Fig. 1—3, parallel zueinander geschaltet. Die einander entsprechenden Teile sind daher der Übersichtlichkeit und Einfachheit halber bei der Ausführungsform nach Fig.4 und 5 mit den gleichen Bezugszeichen wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1—3 versehen.

Außer der Parallelschaltung zweier einzelner Scheibenölkühler zu einem Doppel-Scheibenölkühler besteht aber bei der Ausführungsform nach F i g. 4 und 5 noch ein weiterer wesentlicher Unterschied gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1—3. Nach Fig. 4 und 5 sind nämlich in den Gehäuscteilcn 10a bzw. 10ό und den Gehäuseteilen 11a bzw. 116 jeweils zwei Trennwände eingesetzt. Die beiden durchgehenden Trennwände im Gehäuseteil 10a bzw. 106 sind mit 30a, 50a bzw. 306 bzw. 50ό bezeichnet. Die beiden Trennwände in den den ölaustritten zugeordneten Gehäuseteilen 11a bzw. 116 tragen dagegen die Bezugszeichen 33a, 51a bzw. 336

bzw. 516. Sie weisen — ebenso wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1—3 — jeweils eine zentrale Durchtrittsöffnung auf, die von einem den ölaustrittskanal 35a bzw. 356 bildenden Rohr 36a bzw. 366 durchsetzt sind. Die Trennwände 30a, 306. 33a, 336. 50a, 51a, 506 und 516 sind, entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 1 —3 als Fortsetzungen der zugeordneten Scheiben 17 des Kühlergehäuses 12a bzw. 126 ausgebildet.

Infolge der jeweils zweifachen Anordnung der Trennwände wird das zu kühlende Öl innerhalb des Kühlergehäuses 12a bzw. 126 viermal jeweils um 180° umgelenkt, durchströmt das Kühlergehäuse 12a bzw. 126 also insgesamt fünfmal, ehe es in den ölaustrittska na! 35a bzw. 356 und anschließend in den ölaustriti 14a bzw. 146 gelangt.

Eine weitere Besonderheit der Ausführungsform nach F i g. 4 und 5 besteht darin, daß die beiden Einzel-Scheibenölkühler zwar funktionell parallel, jedoch räumlich hintereinander angeordnet sind. Hierbei dient der Gehäuseteil 10a zunächst als öleintritt für beide Einzel-Scheibenölkühler. Von dem diesbezüglichen Öleintritt 13a zweigt eine mit 52 bezeichnete Bypass-Leitung ab, die bei 53 wieder aus dem Gehäuseteil 11a austritt. Von dort gelangt die abgezweigte Ölmenge in den öleintritt 136 des zweiten Einzel-Scheibenölkühlers 126. Die bei 52 abgezweigte Ölmenge wird sodann in dem zweiten Einzel-Scheibenölkühler 126 gekühlt und gelangt dort schließlich zum Öiaustritt 146. Sie kann anschließend zusammen mit der bei 14a aus dem ersten Einzel-Scheibenölkühler austretenden Ölmenge zum ölfilter zurückgeführt werden. Fig. 5 macht deutlich, daß in dem ersten Scheibenölkühler 12a der ölaustritt 14a einerseits und der mit 54 bezeichnete Austritt des im Bypass an dem ersten Scheibenölkühler 12a vorbeigeführten abgezweigten Öls jeweils etwa halbkreisförmig ausgebildet und in dem Gehäuseteil 11a nebeneinander angeordnet sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher als Ölkühler für Brennkraftmaschinen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, mit einem sich zwischen öleintritt und ölaustritt erstreckenden Kühlergehäuse, in dem mehrere Scheiben in Sfömungsrichtung des Öls und parallel zueinander angeordnet sind, wobei durch die Zwischenräume zwischen den benachbarten Scheiben Strömungskanäle gebildet werden, ferner mit einem den Öleintritt bildenden, am einen Ende des Kühlergehäuses liegenden zylindrischen Gehäuseteil, von dessen im wesentlichen zylindrischen Innenraum die Scheiben bzw. die sich zwischen den Scheiben erstreckenden Strömungskanäle ausgehen, und mit einem am anderen Ende des Kühlevgehäuses liegenden, den Ölaustritt bildenden, ebenfalls zylindrischen Gehäuseteil, in dessen im wesentlichen zylindrischen Innenraum die Scheiben bzw. die sich zwischen den Scheiben erstreckenden Strömungska- 2« näle einmünden, und mit in den den Öleintritt bzw. den Ölaustritt bildenden Gehäuseteilen angeordneten Trennwänden, welche als Umlcnkmitie! dienen, derart, daß das Kühlergehäuse von der zu kühlenden Ölmenge nacheinander in zueinander entgegenge- 2\ setzten Richtungen mehrmals durchströmt wird, wobei die Trennwände jeweils als Fortsetzung der betreffenden Scheiben des Kiihlergehäuses ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die als Umlenkmittel dienende Trennwand (33) bzw. in Trennwände (33.7, 51,·/; 336. 516,) in dem den Ölaustritt (14 bzw. 14,7 bzw. 146; bildenden Gehäuseteil (11 bzw. 11a bzw. üb) eine — bzw. mehrere zueinander fluchtende — zentrale Durchtrittsöffnung bzw. -öffnungen (34) aufweist und daß )■> der Ölaustrittskanal als integriertes Ölriickflußrohr (36, 36,7, 366^ ausgebildet ist, derart, daß das im Durchmesser dem Durchmesser der Durchtrittsöffnung bzw. -öffnungen (34) entsprechende ölrückflußrohr die Durchtrittsöffnung bzw. -öffnungen (34) ·»<> durchsetzt und an der Trennwand (33) bzw. den Trennwänden (33a,51a;336,516,)befestigt ist.

2. Ölkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kühlergehäuse (12a. 126,) mit jeweils separatem Öleintritt (13a bzw. 136^ und ⁴^ Ölaustritt (14a bzw. \4b) funktionsmäßig parallel-, räumlich jedoch hintereinandergeschaltet sind und daß in dem einen Kühlergehäuse (12a,) eine Bypass-Leitung (52) zur Ölzuführung zu dem zweiten Kühlergehäuse (126^ vorgesehen ist (F i g. 4 ">ⁿ und 5).