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Dokumentenidentifikation DE69414474T2 15.04.1999
EP-Veröffentlichungsnummer 0631037
Titel Wärmetauscher mit integriertem Filter
Anmelder Valeo Thermique Moteur, Le Mesnil-Saint-Denis, FR
Erfinder Gire, Helene, F-92600 Asnieres, FR
Vertreter Cohausz Hannig Dawidowicz & Partner, 40237 Düsseldorf
DE-Aktenzeichen 69414474
Vertragsstaaten DE, GB, IT
Sprache des Dokument Fr
EP-Anmeldetag 17.06.1994
EP-Aktenzeichen 941093411
EP-Offenlegungsdatum 28.12.1994
EP date of grant 11.11.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.04.1999
IPC-Hauptklasse F01M 5/00
IPC-Nebenklasse F01M 1/10   F28D 9/00   F28D 7/10   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit integriertem Filter, der vor allem verwendet werden kann, um das Schmieröl für den Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs zu kühlen und zu filtern.

Aus der EP-A-0 344 206 ist ein derartiger Wärmetauscher bekannt, der die folgenden Bestandteile umfaßt:

- ein Gehäuse, das durch eine um eine Symmetrieachse symmetrische zylindrische Wand, eine erste Abschlußwand und eine zweite Abschlußwand begrenzt wird,

- einen Filterraum, der in einem mittleren Bereich des Gehäuses angeordnet ist und einen rohrförmigen Filtereinsatz enthält,

- einen Wärmeaustauschraum mit ringförmiger Gestaltung, der zwischen dem Filterraum und der zylindrischen Wand des Gehäuses angeordnet ist,

- Wärmeaustauschmittel, die im Wärmeaustauschraum angeordnet sind, um darin eine erste Umlaufkammer für ein erstes Wärmeträgermedium und eine zweite Umlaufkammer für ein zweites Wärmeträgermedium zu bilden,

- und in dem die erste Kammer einerseits mit einem ersten Einlaß für das erste Wärmeträgermedium und andererseits mit dem Filterraum in Verbindung steht, der mit einem ersten Auslaß für das erste Wärmeträgermedium in Verbindung steht, wobei dieser erste Einlaß und dieser erste Auslaß an der ersten Abschlußwand des Gehäuses vorgesehen sind, während die zweite Kammer mit einem zweiten Einlaß und einem zweiten Auslaß für das zweite Wärmeträgermedium in Verbindung steht, die an der zylindrischen Wand des Gehäuses vorgesehen sind.

Für den Fall, daß ein solcher Wärmetauscher zur Kühlung und Filterung des Schmieröls eines Verbrennungsmotors verwendet wird, besteht das erste Wärmeträgermedium aus diesem Öl, während das vorgenannte zweite Wärmeträgermedium aus der Kühlflüssigkeit des Motors besteht, das heißt üblicherweise aus Wasser mit Zusatz eines Frostschutzmittels.

In diesem bekannten Wärmetauscher handelt es sich bei den Wärmeaustauschmitteln um eine einfache zylindrische Trennwand, die den Wärmeaustauschraum unterteilt, um darin die vorerwähnte erste Kammer und zweite Kammer zu bilden.

Die erste Kammer ist zwischen dieser zylindrischen Trennwand und dem Filterraum angeordnet, während die zweite Kammer zwischen dieser zylindrischen Trennwand und der zylindrischen Wand des Gehäuses angeordnet ist.

Darüber hinaus ist die erste Kammer vom Filterraum durch eine gelochte Wand mit einer Vielzahl von Lochungen verbunden, die auf ihrem gesamten Umfang und auf ihrer ganzen Höhe verteilt sind.

Diese Lochungen sind für den Durchgang des ersten Wärmeträgermediums bestimmt, das zuvor durch den Wär meaustausch mit dem zweiten Wärmeträgermedium gekühlt wurde, um dann zum Filterraum zu gelangen und durch den rohrförmigen Filtereinsatz gefiltert zu werden. Das erste Wärmeträgermedium geht radial durch diesen rohrförmigen Filtereinsatz hindurch und wird in einem mittleren Kanal aufgenommen, der mit dem an der ersten Abschlußwand des Gehäuses vorgesehenen ersten Auslaß für das Wärmeträgermedium verbunden ist.

Dieser bekannte Wärmetauscher weist eine Reihe von Nachteilen auf.

So ist in erster Linie festzustellen, daß ein Teil des ersten Wärmeträgermediums, das in die erste Kammer gelangt, dazu neigt, ohne vorherigen Wärmeaustausch mit dem zweiten Wärmeträgermedium direkt durch die Lochungen der gelochten Wand hindurchzuströmen, die in der Nähe des ersten Einlasses angeordnet sind.

In dem Beispiel, in dem es sich bei dem ersten Wärmeträgermedium um Schmieröl handelt, das gekühlt und gefiltert werden soll, existiert daher stets ein Teil des Öls, der ohne vorherige Kühlung gefiltert wird.

Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Wärmetauschers besteht darin, daß die Wärmeaustauschmittel eine einfache zylindrische Wand sind, die demzufolge eine minimale Wärmeaustauschfläche bietet.

Der Wärmetauscher nach der EP-A-0 344 206 weist daher begrenzte Wärmeaustauschleistungen auf, die keine optimale Kühlung des ersten Wärmeträgermediums ermöglichen, vor allem wenn es sich bei diesem ersten Wärmeträgermedium um Schmieröl für einen Motor handelt.

Wie dies außerdem in der DE-A-23 61 515 und in der EP-A-0 547 950 dargelegt wird, umfaßt der Wärmetauscher mit integriertem Filter eine zylindrische Zwischenwand, die sich von der ersten Abschlußwand bis in die Nähe der zweiten Abschlußwand erstreckt, um die erste Kammer des Wärmeaustauschraums und den Filterraum zu trennen und dadurch zwischen ihnen einen Verbindungsdurchgang für das erste Wärmeträgermedium zu schaffen, der im Bereich der zweiten Abschlußwand angeordnet ist.

Um in den Filterraum zu gelangen, muß das erste Wärmeträgermedium daher in der axialen Richtung des Wärmetauschers, von dem an der ersten Abschlußwand vorgesehenen ersten Einlaß bis zum Verbindungsdurchgang strömen, der im Bereich der zweiten Abschlußwand angeordnet ist, das heißt gegenüber dem ersten Einlaß für das Wärmeträgermedium.

Auf diesem gesamten Verlauf steht das erste Wärmeträgermedium über die im Wärmeaustauschraum angeordneten Wärmeaustauschmittel in thermischem Kontakt mit dem zweiten Wärmeträgermedium.

Daraus folgt, daß das erste Wärmeträgermedium gekühlt wird, bevor es in den Filterraum gelangt, wo es dann durch den rohrförmigen Filtereinsatz gefiltert wird.

Derartige Wärmetauscher führen zwar teilweise zu zufriedenstellenden Ergebnissen, weisen aber auch einige nicht unerhebliche Nachteile auf.

So gewährleistet der in der DE-A-23 61 315 beschriebene Wärmetauschertyp keine effiziente Kühlung des ersten Wärmeträgermediums und keine angemessene Funktionsweise.

In diesem Wärmetauscher bestehen die Wärmeaustauschmittel aus einem spiralförmig gewickelten Rippenrohr, das konzentrisch zur Achse des Gehäuses angeordnet ist, wobei eine Kühlflüssigkeit durch dieses Rippenrohr strömt.

Das erste Wärmeträgermedium, etwa Schmieröl, strömt daher über die Rippenflächen und das Rohr, um Wärme mit dem im Rippenrohr zirkulierenden Medium auszutauschen.

Bei dieser Zirkulation des ersten Wärmeträgermediums wird dieses einerseits durch die Hindernisse, die durch die Rippen und das Rohr gebildet werden, stark verlangsamt, wobei andererseits nur der Teil des ersten Wärmeträgermediums, der mit den Rippen und den Rohren in Kontakt kommt, gekühlt wird.

Deshalb bewirkt dieser Wärmetauschertyp nur eine partielle Kühlung und eine verlangsamte Zirkulation des ersten Wärmeträgermediums.

In der EP-A-0 547 950 werden die Wärmeaustauschmittel durch abwechselnde spiralförmige Kanäle gebildet, die auf dem Umfang des Gehäuses angeordnet sind, wobei ein Teil dieser Kanäle für die Zirkulation der Kühlflüssigkeit dient, während der andere Teil dieser Kanäle für die Zirkulation des zu kühlenden Wärmeträgermediums dient.

In einem derartigen Wärmetauscher erfährt das zu kühlende Wärmeträgermedium eine Beanspruchung unter der durch die spiralförmigen Kanäle erzeugten Zentrifugalwirkung, die den Austritt dieses Wärmeträgermediums durch den in der Nähe der zweiten Abschlußwand angeordneten Verbindungsdurchgang stark verlangsamt.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu beseitigen.

Dazu schlägt sie einen Wärmetauscher mit integriertem Filter der eingangs genannten Art vor, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Wärmeaustauschmittel eine gefaltete Fläche mit rohrförmiger Gestalt umfassen, die eine Vielzahl von Faltungen enthält, die sich ra dial im Verhältnis zur Achse des Gehäuses erstrecken, wobei die erste Kammer zwischen dieser gefalteten Fläche und der zylindrischen Zwischenwand und die zweite Kammer zwischen dieser gefalteten Fläche und der zylindrischen Wand des Gehäuses angeordnet ist.

Dank der Erfindung wird das erste Wärmeträgermedium daher vollständig gekühlt, wobei es bei seiner Zirkulation auf keine Hindernisse trifft.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung ist der Filtereinsatz koaxial im Innern der zylindrischen Zwischenwand und in einem Abstand von dieser angeordnet, um einen ringförmigen Durchgang für die Zirkulation des ersten Wärmeträgermediums zu schaffen, das durch den Verbindungsdurchgang aus der ersten Kammer des Wärmeaustauschraums kommt und radial durch den rohrförmigen Filtereinsatz strömen soll.

Da sich dieser ringförmige Durchgang auf dem gesamten Umfang des Filtereinsatzes erstreckt, entsteht ein optimaler Zugang des ersten Wärmeträgermediums zum Filtereinsatz.

In dieser Ausführungsform sind die Faltungen vorteilhafterweise paarweise abwechselnd auf der radialen Innenseite und auf der radialen Außenseite durch Rundungen miteinander verbunden, wobei die Faltungen jeweils Vertiefungen in Form von Einbeulungen umfassen, um die Wärmeaustauschfläche zu vergrößern.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung umfaßt der Wärmetauscher einen abnehmbar auf der zweiten Abschlußwand des Gehäuses angebrachten Deckel für die Auswechslung des rohrförmigen Filtereinsatzes.

In der nachstehend nur als Beispiel angeführten Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen. Darin zeigen im einzelnen:

- Fig. 1 eine Schnittansicht eines Wärmetauschers nach einer Ausführungsform der Erfindung, wobei die Schnittebene durch die Symmetrieachse des Gehäuses verläuft;

- Fig. 2 ein Detail von Fig. 1 zur Darstellung der Gestaltung der Wärmeaustauschmittel;

- Fig. 3 eine Teilschnittansicht entlang der Linie III-III von Fig. 2;

- Fig. 4 ein Detail von Fig. 3;

- Fig. 5 ein Detail von Fig. 4.

Der in Fig. 1 dargestellte Wärmetauscher umfaßt ein Gehäuse 10, das durch eine um eine Achse XX rotationssymmetrische zylindrische Wand 12 sowie durch eine erste Abschlußwand 14 und eine zweite Abschlußwand 16 begrenzt wird, die beide allgemein kreisförmig ausgeführt sind. Die Wand 16 hat die allgemeine Form eines Rings, auf dem ein abnehmbarer Deckel 18 unter Einfügung eines Runddichtrings 20 und einer Flachringdichtung 22 angebracht ist. Der Deckel 18 ist anhand von Schrauben 24 an der Wand 16 befestigt.

Die erste Abschlußwand 14 ist mit einem zur Achse XX beabstandeten ersten Einlaß 26 und mit einem zur Achse XX koaxial angeordneten ersten Auslaß 28 versehen. Der Einlaß 26 und der Auslaß 28 sind vorgesehen, damit ein erstes Wärmeträgermedium F1 (beispielsweise Schmieröl für den Motor) mit hoher Temperatur in das Gehäuse einströmen und im Anschluß an seine Kühlung und Filterung wieder daraus ausströmen kann.

Außerdem umfaßt der Wärmetauscher einen zweiten Einlaß 30 und einen zweiten Auslaß 32, die durch zwei an die zylindrische Wand 12 angeschlossene Stutzen gebildet werden, wobei der Einlaß 30 und der Auslaß 32 auf der Seite der Abschlußwand 16 bzw. auf der Seite der, Abschlußwand 14 angeordnet sind. Dieser Einlaß und dieser Auslaß sind dazu bestimmt, die Zirkulation eines zweiten Wärmeträgermediums F2 (beispielsweise der Kühlflüssigkeit eines Verbrennungsmotors) im Innern des Gehäuses 12 zu ermöglichen.

In Fig. 1 ist der Verlauf des Wärmeträgermediums F1 schematisch durch durchgehende Pfeile und der des Wärmeträgermediums F2 durch gestrichelte Pfeile dargestellt.

Die Wand 14 umfaßt einen zylindrischen Schaft 34, der sich entlang der Achse XX erstreckt und zum Innern des Gehäuses gerichtet ist. Um den Schaft 34 herum ist eine zylindrische Muffe 36 eingepaßt, die einstückig mit einer ringförmigen Platte 38 ausgeführt ist. Zwischen der Platte 38 und dem Deckel 18 ist ein allgemein rohrförmiger Filtereinsatz 40 eingefügt, der sich in der Richtung der Achse XX erstreckt. Dieser Filtereinsatz kann nach dem Ausbau des Deckels 18 herausgenommen und ersetzt werden. Er kann aus jedem geeigneten Material, beispielsweise aus Papier, aus Faserstoff usw., ausgeführt sein. Der Filtereinsatz 40 begrenzt einen inneren axialen Durchgang 42, der entlang der Achse XX gerichtet und auf den Auslaß 28 der Wand 14 ausgerichtet ist.

Der Wärmetauscher von Fig. 1 umfaßt außerdem eine zylindrische Zwischenwand 44, die sich von der ersten Abschlußwand 14 aus erstreckt, genauer gesagt: von der ringförmigen Platte 38 aus, die über die Muffe 36 und den Schaft 34 an diese angefügt ist.

Die zylindrische Zwischenwand 44 ermöglicht die Abtrennung des Innenraums des Gehäuses 10, um darin einen Filterraum 46 zu bilden, der im axialen Bereich des Gehäuses angeordnet ist und den Filtereinsatz 40 enthält. Die Wand 44 ermöglicht außerdem die Bildung eines Wärmeaustauschraums 48 mit ringförmiger Gestaltung, der zwischen der Zwischenwand 44 und der Wand 12 des Gehäuses angeordnet ist. Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, erstreckt sich die zylindrische Zwischenwand 44 bis in die Nähe der zweiten Abschlußwand 16, so daß ein Verbindungsdurchgang 50 mit allgemein ringförmiger Gestaltung zwischen den Räumen 46 und 48 gebildet werden kann.

Im Wärmeaustauschraum 48 sind außerdem Wärmeaustauschmittel angeordnet, die aus einer gefalteten Fläche 52 mit allgemein rohrförmiger Gestaltung bestehen, die sich über die gesamte Höhe des Gehäuses zwischen den Wänden 14 und 16 erstreckt. Der Raum 48 wird dadurch in eine erste Kammer 54 (Fig. 1 und 3), die zwischen der gefalteten Fläche 52 und der zylindrischen Zwischenwand 44 angeordnet ist, und eine zweite Kammer 56 unterteilt, die sich zwischen dieser gefalteten Fläche 52 und der zylindrischen Wand 12 befindet.

Die erste Kammer 54 steht durch den Verbindungsdurchgang 50 einerseits mit dem Einlaß 26 und andererseits mit dem Filterraum 46 in Verbindung. Wie in den Fig. 1 bis 3 zu erkennen ist, befindet sich der Filtereinsatz 40 in einem Abstand von der zylindrischen Zwischenwand 44, um einen ringförmigen Durchgang 58 für die Zirkulation des ersten Wärmeträgermediums zu schaffen.

Die zweite Kammer 56 steht mit dem Einlaß 30 und dem Auslaß 32 für das zweite Wärmeträgermedium F2 in Verbindung.

Die Funktionsweise der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Vorrichtung läßt sich folgendermaßen beschreiben: Das Wärmeträgermedium F1 (zum Beispiel Schmieröl) gelangt durch den Einlaß 26 in das Gehäuse 10, zirkuliert in der ersten Kammer 54, in der es durch die gefaltete Fläche 52 Wärme mit dem Wärmeträgermedium F2 austauscht, das in Gegenströmung in der Kammer 56 zirkuliert.

Daraufhin verläßt das Wärmeträgermedium F1 die Kammer 54 durch den ringförmigen Durchgang 50, um zum ringförmigen Durchgang 58 zu gelangen und anschließend radial durch den Filtereinsatz 40 zu strömen. Dabei ist zu beachten, daß das Wärmeträgermedium F1 erst nach einem Wärmeaustausch mit dem zweiten Wärmeträgermedium F2 in den Filterraum 46 gelangen kann. Nach der Filterung erreicht das Wärmeträgermedium F1 den mittleren Durchgang 42 und anschließend den Auslaß 28.

In der Ausführungsform der Fig. 1 bis 3 kommt das Wärmeträgermedium F2 daher mit der Umfangswand 12 des Gehäuses 10 in Kontakt. Wie in den Fig. 2 und 3 zu erkennen ist, weist die gefaltete Fläche 52 eine rohrförmige Gestaltung auf, und sie umfaßt eine Vielzahl von Faltungen 60, die sich radial im Verhältnis zur Achse XX des Gehäuses erstrecken, wobei diese Faltungen paarweise abwechselnd auf der radialen Innenseite und auf der radialen Außenseite durch Rundungen 62 und 64 verbunden sind (Fig. 3 und 4). Jede der Faltungen 60 umfaßt Vertiefungen 66, die Einbeulungen bilden und beiderseits der Ebene der Faltung angeordnet sind. Fig. 5 zeigt im einzelnen die Struktur dieser Vertiefungen 66 vor dem vollständigen Falten der gefalteten Fläche 62.

Durch das Vorhandensein dieser Vertiefungen kann die Wärmeaustauschfläche zwischen den Wärmeträgermedien F1 und F2 vergrößert werden, wodurch sich die Wärmeaustauschleistungen entsprechend erhöhen lassen.

Es dürfte verständlich sein, daß das Vorhandensein dieser Vertiefungen fakultativ ist, wobei diese in Fig. 1 nicht dargestellt wurden, um die Zeichnung zu vereinfachen.

Die Erfindung ist nicht auf die vorerwähnten verschiedenen Ausführungsformen beschränkt, sondern sie erstreckt sich auch auf andere Varianten.

Sie kommt insbesondere bei der Kühlung und bei der Filterung des Schmieröls von Verbrennungsmotoren, insbesondere für Kraftfahrzeuge, zur Anwendung.


Anspruch[de]

1. Wärmetauscher mit integriertem Filter, umfassend:

- ein Gehäuse (10), das durch eine um eine Achse (XX) symmetrische zylindrische Wand (12), eine erste Abschlußwand (14) und eine zweite Abschlußwand (16) begrenzt wird,

- einen Filterraum (46), der in einem axialen Bereich des Gehäuses angeordnet ist und einen rohrförmigen Filtereinsatz (40) enthält,

- einen Wärmeaustauschraum (48) mit ringförmiger Gestaltung, der zwischen dem Filterraum (46) und der zylindrischen Wand (12) des Gehäuses angeordnet ist,

- Wärmeaustauschmittel (52), die im Wärmeaustauschraum (48) angeordnet sind, um darin eine erste Umlaufkammer (54) für ein erstes Wärmeträgermedium (F1) und eine zweite Umlaufkammer (56) für ein zweites Wärmeträgermedium (F2) zu bilden,

- und in dem die erste Kammer (54) einerseits mit einem ersten Einlaß (26) für das erste Wärmeträgermedium (F1) und andererseits mit dem Filterraum (46) in Verbindung steht, der mit einem ersten Auslaß (28) für das erste Wärmeträgermedium (F1) in Verbindung steht, wobei dieser erste Einlaß (26) und dieser erste Auslaß (28) an der ersten Abschlußwand (14) des Gehäuses (10) vorgesehen sind, während die zweite Kammer (56) mit einem zweiten Einlaß (30) und einem zweiten Auslaß (32) für das zweite Wärmeträgermedium (F2) in Verbindung steht, die an der zylindrischen Wand (12) des Gehäuses vorgesehen sind,

- eine zylindrische Zwischenwand (44), die sich von der ersten Abschlußwand (14) bis in die Nähe der zweiten Abschlußwand (16) erstreckt, um die erste Kammer (54) des Wärmeaustauschraums (48) und den Filterraum (46) zu trennen und dadurch zwischen ihnen einen Verbindungsdurchgang (50) für das erste Wärmeträgermedium (F1) zu schaffen, wobei dieser Durchgang im Bereich der zweiten Abschlußwand (16) angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauschmittel eine gefaltete Fläche (52) mit rohrförmiger Gestalt umfassen, die eine Vielzahl von Faltungen (60) enthält, die sich radial im Verhältnis zur Achse (XX) des Gehäuses (10) erstrecken, und daß die erste Kammer (54) zwischen dieser gefalteten Fläche und der zylindrischen Zwischenwand (44) enthalten ist, während die zweite Kammer (56) zwischen dieser gefalteten Fläche und der zylindrischen Wand (12) des Gehäuses enthalten ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Filtereinsatz (40) koaxial im Innern der zylindrischen Zwischenwand (44) und in einem Abstand von dieser Zwischenwand angeordnet ist, um einen ringförmigen Durchgang (58) für die Zirkulation des ersten Wärmeträgermediums (F1) zu schaffen, das durch den Verbindungsdurchgang (50) aus der ersten Kammer (54) des Wärmeaustauschraums (48) kommt und radial durch den rohrförmigen Filtereinsatz (40) strömen soll.

3. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Faltungen (60) paarweise abwechselnd auf der radialen Innenseite und auf der radialen Außenseite durch Rundungen (62, 64) miteinander verbunden sind und daß die Faltungen (60) jeweils Vertiefungen (66) in Form von Einbeulungen umfassen.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er einen abnehmbar auf der zweiten Abschlußwand (16) des Gehäuses angebrachten Deckel (18) für die Auswechslung des rohrförmigen Filtereinsatzes (40) umfaßt.







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