Plattenwärmetauscher aus Kunststoff und Verfahren zu dessen Herstellung

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher, der eine vereinfachte Herstellung gestattet, und dies bei gleichzeitiger Verringerung der Umweltbelastung. Es wird mit der Erfindung vorgeschlagen ein Plattenwärmetauscher, insbesondere ein Luft-Luft-Plattenwärmetauscher, aus Kunststoff, mit von einem ersten und einem zweiten Medium (I, II) durchströmbaren Strömungskanälen (SK), die für das erste Medium (I) zwischen zu einem Plattenpaar (P) miteinander verbundenen Einzelplatten (E) aus Kunststoff und für das zweite Medium (II) zwischen zu einem Plattenstapel (S) miteinander verbundenen Plattenpaaren (P) ausgebildet sind, wobei sowohl die ein Plattenpaar (P) bildenden Einzelplatten (E) als auch die einen Plattenstapel (S) bildenden Plattenpaare (P) miteinander verschweißt sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher aus Kunststoff, insbesondere einen Luft-Luft-Plattenwärmetauscher, mit von einem ersten und einem zweiten Medium durchströmbaren Strömungskanälen, die für das erste Medium zwischen zu einem Plattenpaar miteinander verbundenden Einzelplatten aus Kunststoff und für das zweite Medium zwischen zu einem Plattenstapel miteinander verbundenen Plattenpaare ausgebildet sind.

[0002] Plattenwärmetauscher der eingangs genannten, d.h. gattungsgemäßen Art sind aus dem Stand der Technik an sich bekannt. Sie dienen dem Wärmeübergang von einem ersten Medium auf ein zweites Medium. Dabei können die Medien im Gleich- oder Gegenstrom oder im Querstrom aneinander vorbeigeführt werden.

[0003] Der Plattenwärmetauscher stellt für das erste Medium einerseits sowie für das zweite Medium andererseits entsprechende Strömungskanäle bereit. Diese sind zwischen den einzelnen Platten des Plattenwärmetauschers ausgebildet, wobei gattungsgemäß vorgesehen ist, dass diese Einzelplatten aus Kunststoff bestehen.

[0004] Der gattungsgemäßen Konstruktion nach bilden zwei Einzelplatten ein Plattenpaar aus. Dabei sind die Einzelplatten voneinander beabstandet und bilden zwischen sich einen Strömungskanal für ein erstes Medium aus.

[0005] Zwei derartige Plattenpaare bilden zusammen einen Plattenstapel, wobei die Plattenpaare beabstandet voneinander sind, womit ein Strömungskanal für das zweite Medium bereitgestellt ist.

[0006] Insgesamt verfügt der Plattenwärmetauscher über eine Mehrzahl von Einzelplatten, wobei Einzelplatten zu Plattenpaaren und Plattenpaare zu einem Plattenstapel zusammengefasst sind.

[0007] Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die Einzelplatten durch Verkleben zu einem Plattenpaar bzw. Plattenpaare durch Verkleben zu einem Plattenstapel miteinander zu verbinden. Zu diesem Zweck kommt ein geeigneter Kunststoffklebstoff bzw. Kunststoffleim zum Einsatz.

[0008] Obgleich sich Plattenwärmetauscher der vorstehend beschriebenen Art im alltäglichen Praxiseinsatz bewährt haben, besteht Verbesserungsbedarf. So hat sich insbesondere herausgestellt, dass in der Serienfertigung gattungsgemäßer Plattenwärmetauscher große Mengen an Kunststoffklebstoff zur Verbindung der Einzelplatten bzw. der Plattenpaare zum Einsatz kommen, was mit einer entsprechenden Umweltbelastung und einer gesundheitlichen Beeinträchtigung für das Fertigungspersonal verbunden ist. Darüber hinaus ist fertigungstechnisch von Nachteil, dass der eingesetzte Klebstoff abbinden bzw. aushärten muss, was einige Zeit in Anspruch nimmt, weshalb miteinander verklebte Einzelplatten bzw. Plattenpaare zwischenzulagern sind. Es kommt deshalb zu einer Unterbrechung des Fertigungsprozesses, was zusätzliche Kosten entstehen lässt.

[0009] Es ist deshalb ausgehend vom Vorbeschriebenen die Aufgabe der Erfindung, einen Plattenwärmetauscher vorzuschlagen, der eine vereinfachte Herstellung gestattet, und dies bei gleichzeitiger Verringerung der Umweltbelastung. Darüber hinaus soll mit der Erfindung ein entsprechendes Herstellverfahren vorgeschlagen werden.

[0010] Vorrichtungsseitig wird zur Lösung der vorstehenden Aufgabe vorgeschlagen ein Plattenwärmetauscher der gattungsgemäßen Art, der sich dadurch auszeichnet, dass sowohl die ein Plattenpaar bildenden Einzelplatten als auch die einen Plattenstapel bildenden Plattenpaare miteinander verschweißt sind.

[0011] Erfindungsgemäß findet anstelle einer Verklebung ein Verschweißen statt, wobei sowohl die ein Plattenpaar bildenden Einzelplatten als auch die einen Plattenstapel bildenden Plattenpaare miteinander verschweißt sind. Die Verschweißung mittels Laser, d.h.

[0012] Laserschweißen ist in diesem Zusammenhang im Besonderen bevorzugt.

[0013] Die erfindungsgemäße Schweißverbindung bietet gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten Verkleben folgende Vorteile. Es wird eine schnellere Fertigung erzielt. Insbesondere Ausfallzeiten durch Zwischenlagerung zwecks Klebstoffaushärtung können vollends entfallen. Es wird darüber hinaus eine höhere Verbindungsqualität erreicht, und zwar sowohl hinsichtlich der erreichten Dichtigkeit als auch bezüglich des Wirkungsgrads. Darüber hinaus bringt die stoffschlüssige Verbindung mittels Verschweißung eine insgesamt verbesserte Festigkeit und Stabilität des gesamten Plattenwärmetauschers. Nicht zuletzt ist ferner von Vorteil, dass auf den Einsatz von Kunststoffklebstoff bzw. -leim verzichtet werden kann, womit die Umweltbelastung einerseits und die gesundheitliche Beeinträchtigung für das Fertigungspersonal andererseits stark minimiert ist.

[0014] Verfahrensseitig wird zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe vorgeschlagen, ein Verfahren zur Herstellung eines Plattenwärmetauschers aus Kunststoff, insbesondere eines Luft-Luft-Plattenwärmetauschers, bei dem Einzelplatten aus Kunststoff unter Ausbildung eines Strömungskanals für ein erstes Medium zu einem Plattenpaar und Plattenpaare unter Ausbildung eines Strömungskanals für ein zweites Medium zu einem Plattenstapel miteinander verbunden werden, wobei die Verbindung der ein Plattenpaar bildenden Einzelplatten und der einen Plattenstapel bildenden Plattenpaare mittels Schweißen, vorzugsweise mittels Laserschweißen erfolgt.

[0015] Die erfindungsgemäße Verfahrensdurchführung erlaubt einen hohen Grad der Automation. Es wird im Unterschied zum Stand der Technik eine schnellere Fertigung erzielt, und dies bei gleichzeitiger Schonung der Umwelt, da auf den Einsatz chemischer Stoffe in Form von Kunststoffklebstoff bzw. -leim verzichtet werden kann. Darüber hinaus ist eine kontinuierliche Fertigung gestattet, da auf eine Zwischenlagerung zwecks Austrockung bzw. Abbindung des Kunststoffklebstoffes verzichtet werden kann.

[0016] Die Einzelplatten und/oder die Plattenpaare sind gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung entlang zweier einander gegenüberliegender Längskanten miteinander verschweißt. Es wird somit mit hoher Genauigkeit eine Randdichtigkeit für die Medien erreicht. Je nach Lage der miteinander verschweißten Längskanten entsteht ein Plattenwärmetauscher für den Gegen- bzw. Gleichstrombetrieb oder den Querstrombetrieb.

[0017] Der erfindungsgemäße Plattenwärmetauscher eignet sich insbesondere als Luft-Luft-Plattenwärmetauscher. Es können selbstredend aber auch andere Medien in Kombination mit dem erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher zum Einsatz kommen. Da der Plattenwärmetauscher aus Kunststoff gebildet ist, eignet er sich insbesondere auch für solche Medien, die stark korrodierend wirken.

[0018] Zur Ausbildung des Plattenwärmetauschers kann gemäß einem ersten Vorschlag der Erfindung vorgesehen sein, dass in einem ersten Verfahrensschritt zunächst Plattenpaare ausgebildet werden. Diese werden jeweils durch Verschweißen von Einzelplatten hergestellt. In einem dann nachfolgenden zweiten Verfahrensschritt werden eine Mehrzahl von vorgefertigten Plattenpaaren miteinander zu einem Plattenstapel verbunden. Im Ergebnis stellt sich so ein Plattenwärmetauscher der erfindungsgemäßen Art ein.

[0019] Gemäß einer alternativen Vorgehensweise können die die Einzelplatten bildenden Plattenpaare miteinander unverbunden zur Bildung eines Plattenstapels aufgestapelt werden. Es erfolgt sodann in einem Arbeitsschritt eine gleichzeitige Verschweißung sämtlicher Einzelplatten, infolge dessen es zur Ausbildung der Plattenpaare einerseits und des aus den Plattenpaaren gebildeten Plattenstapel andererseits kommt. Aus fertigungstechnischen Gründen ist diese Verfahrensvariante bevorzugt, da sie bei hoher Arbeitsgeschwindigkeit eine hohe Fertigungsqualität liefert.

[0020] Zur Verfahrensdurchführung kommt bevorzugter Weise eine Laserschweißmaschine zum Einsatz, die mit einer Schweißvorrichtung ausgerüstet ist, die auf die gleichzeitige Verbindung sämtlicher einen Plattenstapel ausmachenden Einzelplatten ausgelegt ist. Es ist in diesem Fall in vorteilhafter Weise möglich, die Einzelplatten des Plattenwärmetauschers innerhalb der Laserschweißmaschine aufzustapeln, die dann mittels des Lasers der Schweißvorrichtung in einem Arbeitsschritt zu einem kompakten Plattenstapel, d.h. Plattenwärmetauscher miteinander verschweißt werden. Es ist deshalb gemäß einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, die Einzelplatten vor einem Verschweißen zu stapeln. Zur Plattenstapelung kann eine entsprechende Aufnahmevorrichtung dienen, in die die miteinander zu verschweißenden Einzelplatten nach und nach zur Bildung eines Stapels eingelegt werden. Der auf diese Weise ausgebildete Stapel entspricht in seiner Form dem späteren Wärmetauscher.

[0021] Als Aufnahmevorrichtung, in die die Einzelplatten zur Ausbildung eines Stapels eingelegt werden, ist eine käfigartige Anordnung vorgesehen. Diese verfügt über einen Boden und mehrere zueinander parallel ausgebildete Führungen, die sich ausgehend vom Boden orthogonal zur vom Boden bereitgestellten Bodenfläche erstrecken. Dank dieser Führungen ist eine exakte Positionierung der Einzelplatten relativ zueinander gestattet. Es ist mittels der Führungen insbesondere sichergestellt, dass die miteinander zu verschweißenden Randkanten benachbarter Einzelplatten parallel zueinander verlaufend ausgerichtet sind.

[0022] Als Schweißverfahren kommt bevorzugter Weise ein Laserschweißverfahren zur Anwendung. Dabei ist es bevorzugt, dass ein die Einzelplatten miteinander verschweißender Laserstrahl unter einem spitzen Winkel entlang zu verschweißender Plattenkanten geführt wird. Dies ermöglicht ein Verschweißen am Außenrand zweier Plattenrandkanten. Im Ergebnis ergeben sich Plattenpaare, die entlang der Außenränder zweier gegenüberliegender Längskanten miteinander laserverschweißt sind.

[0023] Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass während eines Schweißvorgangs der Schweißbereich mit einem Gasstrom beaufschlagt wird. Als Gasstrom kann dabei ein Luftstrom oder ein Inertgasstrom Verwendung finden.

[0024] Der Gasstrom trifft im jeweiligen momentan erhitzten Schweißpunkt bzw. -bereich auf die Plattenkanten, d.h. die Längskanten der Einzelplatten auf bzw. strömt an diesen vorbei. Es kann damit eine Kühlung des Schweißbereichs erreicht werden.

[0025] Die Beaufschlagung des Schweißbereichs mit einem Gasstrom kann gemäß einer ersten Alternative mittels einer Blasdüse erfolgen. Gemäß dieser Variante kommt eine verfahrbare Blasdüse zum Einsatz, die im Verwendungsfall in Richtung auf den Schweißbereich ausgerichtet ist und diesen mit einem Gasstrom belegt. Im Falle einer Verschweißung mittels Laserschweißen ist es bevorzugt, den zum Einsatz kommenden Laser gemeinsam mit der Blasdüse zu verfahren. Es kann dann eine gemeinsame Verfahreinrichtung für den Laser einerseits und die Blasdüse andererseits vorgesehen sein.

[0026] Gemäß einer Alternative findet eine Gasstrombeaufschlagung nicht mittels einer Blasdüse, sondern mittels Erzeugung von Unterdruck statt. Gemäß dieser Alternative wird von außerhalb des zu verschweißenden Plattenstapels ein Unterdruck angelegt, infolge dessen die zwischen den Einzelplatten befindliche Luft abgesaugt wird, wodurch in der schon vorbeschriebenen Weise eine Beaufschlagung des Schweißbereichs mit einem Gasstrom erfolgt. Bevorzugter Weise kommt zur Unterdruckerzeugung eine Saugdüse zum Einsatz. Diese kann vorzugsweise mit einem Laserstrahl zum Laserverschweißen gemeinsam verfahrbar ausgebildet sein.

[0027] Gemäß beider vorbeschriebener Varianten kann vorgesehen sein, eine gegenseitige Ausrichtung von Düse einerseits und Laserstrahl andererseits vorzusehen, dass eine parallele oder eine antiparallele Ausrichtung relativ zueinander stattfindet.

[0028] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der einzigen Figur 1, die in schematischer Darstellung einen Plattenwärmetauscher nach der Erfindung zeigt.

[0029] Fig. 1 lässt in rein schematischer Darstellung einen Plattenwärmetauscher W nach der Erfindung erkennen. Dieser verfügt über eine Mehrzahl von Einzelplatten E aus Kunststoff, die zwischen sich jeweils einen Strömungskanal SK ausbilden, wobei Strömungskanäle SK sowohl für ein erstes Medium I als auch für ein zweites Medium II vorgesehen sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Plattenwärmetauscher W als Gegenstromwärmetauscher ausgebildet.

[0030] Wie Fig. 1 erkennen lässt, bilden jeweils zwei Einzelplatten ein Plattenpaar P aus, wobei der von einem Plattenpaar bereitgestellte Strömungskanal SK zur Hindurchströmung des ersten Mediums I dient.

[0031] Die Plattenpaare P bilden zusammen einen Plattenstapel S aus. Dabei dient der zwischen zwei Plattenpaaren P jeweils ausgebildete Strömungskanal SK der Hindurchführung des zweiten Mediums II.

[0032] Die Durchflussrichtungen von erstem Medium I und zweitem Medium II sind in der Fig. 1 beispielhaft durch Pfeile kenntlich gemacht.

[0033] Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die ein Plattenpaar P bildenden Einzelplatten E einerseits sowie die einen Plattenstapel S bildenden Plattenpaare P andererseits mittels Laserschweißen miteinander verbunden sind. Dabei ist es bevorzugt, die Einzelplatten E des Plattenwärmetauschers W in einem Arbeitsschritt miteinander zu verschweißen, zu welchem Zweck bevorzugter Weise eine Schweißmaschine zum Einsatz kommt, in dem sämtliche Einzelplatten E des Plattenwärmetauschers W aufgestapelt und anschließend unter Ausbildung der einzelnen Strömungskanäle SK miteinander laserverschweißt werden.

Bezugszeichenliste

[0034] 

W

Plattenwärmetauscher

E

Einzelplatte

P

Plattenpaar

SK

Strömungskanal

S

Plattenstapel

I

erstes Medium

II

zweites Medium

Ansprüche

1. Plattenwärmetauscher, insbesondere Luft-Luft-Plattenwärmetauscher, aus Kunststoff, mit von einem ersten und einem zweiten Medium (I, II) durchströmbaren Strömungskanälen (SK), die für das erste Medium (I) zwischen zu einem Plattenpaar (P) miteinander verbundenen Einzelplatten (E) aus Kunststoff und für das zweite Medium (II) zwischen zu einem Plattenstapel (S) miteinander verbundenen Plattenpaaren (P) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die ein Plattenpaar (P) bildenden Einzelplatten (E) als auch die einen Plattenstapel (S) bildenden Plattenpaare (P) miteinander verschweißt sind.

2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die ein Plattenpaar (P) bildenden Einzelplatten (E) als auch die einen Plattenstapel (S) bildenden Plattenpaare (P) miteinander laserverschweißt sind.

3. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelplatten (E) und/oder die Plattenpaare (P) entlang zweiter einander gegenüberliegender Längskanten miteinander laserverschweißt sind.

4. Verfahren zur Herstellung eines Plattenwärmetauschers (W), insbesondere eines Luft-Luft-Plattenwärmetauschers, aus Kunststoff, bei dem Einzelplatten (E) aus Kunststoff unter Ausbildung eines Strömungskanals (SK) für ein erstes Medium (I) zu einem Plattenpaar (P) und Plattenpaare (P) unter Ausbildung eines Strömungskanals (SK) für ein zweites Medium (II) zu einem Plattenstapel (S) miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der ein Plattenpaar (P) bildenden Einzelplatten (E) und der einen Plattenstapel (S) bildenden Plattenpaare (P) mittels Schweißen erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der ein Plattenpaar (P) bildenden Einzelplatten (E) und der einen Plattenstapel (S) bildenden Plattenpaare (P) mittels Laserschweißen erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt zunächst die ein Plattenpaar (P) bildenden Einzelplatten (E) miteinander verschweißt und alsdann in einem zweiten Schritt die einen Plattenstapel (S) bildenden Plattenpaare (P) miteinander verschweißt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Einzelplatten (E) gleichzeitig zur Ausbildung sowohl von Plattenpaaren (P) als auch eines Plattenstapels (S) miteinander verschweißt werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelplatten (E) vor einem Verschweißen gestapelt werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Einzelplatten (E) miteinander verschweißender Laserstrahl unter einem spitzen Winkel entlang zu verschweißender Plattenkanten geführt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Schweißvorgangs der Schweißbereich mit einem Gasstrom beaufschlagt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom eingeblasen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom durch Anlegen eines Unterdrucks erzeugt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Gasstrom ein Luftstrom oder ein Inertgasstrom verwendet wird.

Zeichnung