DE102006019024A1

DE102006019024A1 - Wärmetauscher für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102006019024A1
Application number: DE102006019024A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. Kalbacher
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2006-04-25
Filing date: 2006-04-25
Publication date: 2007-10-31
Also published as: WO2007121812A1; EP2021717A1; US20090260787A1; CN101432589A; WO2007121812A8; WO2007121812A9; EP2021717B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für Kraftfahrzeuge, beispielsweise Ladeluftkühler oder Kühlflüssigkeitskühler, bestehend aus Rohren (1), die aus jeweils zwei Platten (1a, 1b) gebildet sind, die zwei gegenüberliegende Längsseiten (L1, L2) und zwei gegenüberliegende Schmalseiten (S) aufweisen, wobei eine der Längsseiten (L1, L2) die Anströmseite (A) für beispielsweise Kühlluft darstellt, und bestehend aus zwischen den Rohren (1) angeordneten Wärmetauschrippen (2) oder dergleichen, durch die die Kühlluft frei hindurchströmt, und bestehend aus Sammelräumen (3), die an den Enden (4a, 4b) der Rohre (1) bzw. der Platten (1a, 1b) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das eine Ende (4a) der Rohre (1) in der von der Anströmseite (A) entfernten Längsseite (L2) mündet und dass das andere Ende (4b) der Rohre (1) entweder ebenfalls in der entfernten Längsseite (L2) oder in der die Anströmseite (A) bildenden Längsseite (L1) oder in einer der Schmalseiten (S) mündet. Der Wärmetauscher weist vergleichsweise größere wärmetauschende Flächen auf.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für Kraftfahrzeuge, beispielsweise einen Ladeluftkühler oder einen Kühlflüssigkeitskühler, bestehend aus Rohren, die aus jeweils zwei Platten gebildet sind, die zwei gegenüberliegende Längsseiten und zwei gegenüberliegende Schmalseiten aufweisen, wobei eine der Längsseiten die Anströmseite für beispielsweise Kühlluft darstellt, und aus zwischen den Rohren angeordneten Wärmetauschrippen oder dergleichen, durch die die Kühlluft frei hindurchströmt, und aus Sammelräumen, die an den Enden der Rohre bzw. der Platten ausgebildet sind. Außerdem betrifft die Erfindung ein Kühlmodul für Kraftfahrzeuge.
Der beschriebene Wärmetauscher ist aus der DE 30 17 701 bekannt. Die Platten sind dort etwa rechteckig ausgebildet. Die Sammelräume werden mittels in den Platten angeordneter Durchbrüche gebildet, die an den gegenüberliegenden Enden der Platten ausgebildet sind. Die jeweils ein Rohr bildenden zwei Platten werden dazu mit ihren Durchbrüchen fluchtend übereinander gestapelt. Die Wärmetauschrippen werden in den Abständen zwischen den Rohren eingelegt. Dort strömt dann die Kühlluft frei hindurch.
Im Vergleich zu anderen und vielleicht am meisten vorkommenden Wärmetauschern jenes Typs, die Sammelkästen an den Enden von Flachrohren aufweisen, ( DE 197 02 183 A1 ) – also an den gegenüberliegenden Schmalseiten der Rohre – wurde damit der Raumbedarf des Wärmetauschers reduziert. Die Sammelkästen beanspruchen Einbauraum, der zum Wärmetausch nicht zur Verfügung steht. Allerdings findet bei dem Wärmetauscher aus der DE 30 17 701 im Bereich der Sammelräume ebenfalls kein effektiver Wärmeaustausch statt.
Aus diesem Grund (Einbauraum) hat man in der DE 197 02 183 A1 die Sammelkästen so flach wie möglich ausgebildet, wie die dortige 1, mit dem Bezugszeichen 22, zeigt. Deshalb kann dort das Wärmetauschernetz, bestehend aus Flachrohren und Wellrippen bei gleichem Einbauraum, vergleichsweise etwas größer gestaltet werden.
Ein anderer Wärmetauscher, dessen Rohre ebenfalls aus jeweils zwei Platten gebildet sind, ist aus der DE 44 07 080 A1 bekannt. Dieser Wärmetauscher könnte wohl auch als Ladeluftkühler eingesetzt werden. Er gehört jedoch einer anderen Gattung an, nämlich einer Gattung, bei der der die Rohre bildende Plattenstapel in einem Gehäuse angeordnet ist. Die Ladeluft strömt dort an einer Seite des Gehäuses ein, steht im Wärmeaustausch mit einer Kühlflüssigkeit, die in den Rohren strömt und verlässt das Gehäuse auf der gegenüberliegenden Seite.
Weiterer Stand der Technik ergibt sich beispielsweise aus der DE 103 28 638 A1 und aus der DE 103 59 806 A1 . Die dort gezeigten und beschriebenen Wärmetauscher gehören einer ähnlichen Gattung an, nämlich einer solchen, die ebenfalls nicht frei von einem Kühlmittel durchströmt wird. Dort sind insbesondere Abgaswärmetauscher beschrieben worden, bei denen sowohl die Kanäle für das Abgas als auch die Kanäle für eine Kühlflüssigkeit durch die Gestaltung der Platten gebildet sind. Beide Medien strömen also innerhalb der durch die besondere Plattengestaltung gebildeten Kanäle.
Nicht unerwähnt bleiben soll schließlich ein weiterer Wärmetauscher, der in der DE 40 12 046 A1 gezeigt und beschrieben wurde. Dieser Wärmetauscher gehört dem Typ an, bei dem Kühlluft frei durch die Wärmetauschrippen strömen kann. Dort wurden die Enden von flachen Rohren umgebogen und unmittelbar aneinander angelegt. An den Enden können Sammelkästen angeschlossen werden. Der Biegebereich bzw. der Anschlussbereich der Sammelkästen steht dort ebenfalls nicht zum Wärmeaustausch zur Verfügung.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem Wärmetauscher der eingangs beschriebenen Gattung vergleichsweise größere wärmetauschende Flächen zur Verfügung zu stellen.
Die Merkmale des Anspruchs 1 führen zur erfindungsgemäßen Lösung.
Weil vorzugsweise beide Enden der Rohre in der von der Anströmseite entfernten Längsseite münden, die also von der anströmenden Kühlluft abgewandt ist, ist es möglich, die gesamte oder jedenfalls eine größere von der Kühlluft angeströmte Fläche des Wärmetauschers als wärmetauschende Fläche auszubilden, wodurch die wärmetauschende Fläche vergleichsweise also vergrößert wird. Trotz der auch an den Enden der Rohre des erfindungsgemäßen Wärmetauschers angeordneten Sammelkästen, konnte die Vergrößerung der wärmetauschenden Flächen realisiert werden. Vorzugsweise werden die allerletzten Enden der Platten bzw. der Rohre im Querschnitt etwas vergrößert und liegen mit ihren Schmalseiten aneinander an.
Deshalb können die Sammelkästen ohne das Vorsehen eines Rohrbodens angebracht werden. Wenn auf die Querschnittsvergrößerung der allerletzten Enden verzichtet wird, müssen Rohrböden an den Enden der Rohre angebracht werden, an denen die Sammelkästen zu befestigen sind.
Es ist natürlich möglich, nur ein Ende der Rohre in der von der Anströmseite entfernten Längsseite münden zu lassen und das andere Ende der Rohre an der von der Mündung entfernten Schmalseite vorzusehen.
Weil wenigstens ein Ende der Rohre an einer Längsseite mündet, ist die Geometrie oder die Gestalt der Platten demnach nicht rechteckig, wie beim Stand der Technik, sondern beispielsweise L-förmig, U-förmig oder Z-förmig.
Ein anderes dem Ausführungsbeispiel mit U-förmigen Platten ähnliches Ausführungsbeispiel, weist Platten bzw. Rohre auf, deren Gestalt eine konvexe Kontur besitzt. Die Kontur ist in Richtung zur Anströmseite hin gewölbt.
Jeweils zwei Platten werden mit ihren Rändern aneinander angelegt, um ein Rohr zu bilden. Die Platten können identisch sein. Beide Platten besitzen dann einen aufgerichteten Rand, an dem die zwei Platten zu Bildung des Rohres aneinander anliegen und verbunden sind. Es ist jedoch auch möglich, eine Platte etwa eben zu machen, also ohne aufgerichteten Rand auszubilden, und die andere Platte mit einem aufgerichteten Rand zu versehen.
Ferner ist es auch möglich die aufgerichteten Plattenränder zur Verbindung ineinander zu legen.
Die Enden der Rohre bzw. der Platten weisen, wie oben bereits angedeutet wurde, jeweils eine abgewinkelte Kontur auf, um in einer entsprechenden Längsseite münden zu können.
Das abgewinkelte Konturstück kann recht kurz gehalten werden – gerade lang genug, um dort Sammelkästen anschließen zu können.
Zwischen den Rohren werden Wärmetauschrippen oder andere den Wärmetausch befördernde Elemente eingefügt. Auch im Bereich mit der abgewinkelten oder der gekrümmten Kontur werden solche Elemente angeordnet.
Im Einsatzfall als Ladeluftkühler befinden sich in den Rohren Einsätze, um die Turbulenzbildung zu fördern. Hier können allerdings auch in die gleiche Richtung wirkende andere Ausbildungen, wie Verformungen oder dergleichen, vorgesehen werden. Die erwähnte Verbindung der Platten und die Verbindung der Platten bzw. der Rohre mit den Wärmetauschrippen erfolgt vorzugsweise mittels Lötverfahren. Die Sammelkästen können aus Kunststoff oder aus Metall bestehen.
Die Erfindung wird nun in einigen Ausführungsbeispielen anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Diese Erläuterungen können weitere unter Umständen wesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung enthalten.
Die Figuren zeigen Folgendes:
1 Perspektivansicht eines Wärmetauschers gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel;
2 Ansicht eines Rohrstückes;
3 Ansicht eines Plattenstückes;
4–6 andere Ansichten des Wärmetauschers aus der 1;
7 und 8 Ansichten eines Kühlmoduls mit Wärmetauscher;
9–11 strukturelle Darstellungen von Wärmetauschern in anderen Ausführungsbeispielen (Ansichten von oben oder von unten);
Der in den Ausführungsbeispielen gezeigte Wärmetauscher kommt in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz. Es kann sich sowohl um einen mit Kühlluft beaufschlagten Kühlflüssigkeitskühler oder auch um einen Ladeluftkühler handeln. Andere Verwendungen, beispielsweise als mit Kühlluft beaufschlagte Ölkühler, sind ebenfalls sehr gut vorstellbar. Der in der 1 in einer Perspektivansicht gezeigte Wärmetauscher ist vorne im Kraftfahrzeug angeordnet. Er besitzt eine vergleichsweise große Anströmfläche A, die mit Kühlluft beaufschlagbar ist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel befinden sich beide Enden 4a und 4b der Platten 1a, 1b bzw. der Rohre 1 an der von der Anströmseite A entfernten Längsseite L2 der Platten 1a, 1b bzw. der Rohre 1. Deshalb kann bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel auch von etwa U-förmigen Platten 1a, 1b gesprochen werden, die dort zum Einsatz kommen. An den Enden 4a und 4b der Platten 1a, 1b, die praktisch auch die beiden freien Enden des „U" sind, befindet sich jeweils ein Sammelkasten 30. (4–6) Die Sammelkästen 30 sind entweder aus Kunststoff und werden mechanisch an den Enden 4a und 4b befestigt oder sie sind, wie die Rohre 1 und die zwischen den Rohren 1 angeordneten Wärmetauschrippen 2 aus einem Metall. Dabei stellt Aluminium bzw. eine geeignete Aluminiumlegierung die bevorzugte Wahl dar. Die Platten 1a, 1b besitzen einen aufgerichteten Rand 10 und werden jeweils zu einem Rohr 1 zusammengesetzt, um (später) an ihren aufgerichteten Rändern verlötet zu werden. Die 2 zeigt ein Stück des Rohres mit einem Ende 4 und die 3 zeigt ein Stück einer Platte 1a. Die Platten 1a und 1b sind identisch. Die Rohre 1 werden in an sich bekannter Weise mit den Wärmetauschrippen 2 zusammengesetzt. Dabei werden auch Wärmetauschrippen 2 oder andere den Wärmetausch verbessernde Ausbildungen in den Plattenbereichen 5 eingesetzt bzw. angeordnet, die abgewinkelt sind und die zu den Sammelkästen 30 führen. Der somit entstandene Wärmetauscherblock wird einem Hartlötprozess unterzogen und dadurch zu einem kompakten Block vereinigt. Die 4 lässt erkennen, dass sich in diesem Ausführungsbeispiel auch innerhalb der Rohre 1 Einsätze 20 befinden. Die Inneneinsätze 20 müssen nicht über die gesamte Rohrlänge gehen. Sie können auch einen Abstand zu den Schmalseiten S haben. Die erwähnten Längsseiten L1, L2 verlaufen vorzugsweise in Querrichtung des nicht gezeigten Kraftfahrzeugs. Sie könnten allerdings auch in Hochrichtung des Kraftfahrzeugs verlaufen.
Die 9, 10 und 11 zeigen weitere mögliche Ausführungsbeispiele, in Ansichten des Wärmetauschers von oben oder von unten, die ebenfalls vergrößerte wärmetauschende Flächen aufweisen. Es handelt sich hier um Prinzipdarstellungen. Das Ausführungsbeispiel gemäß der 9 besitzt etwa Z-förmige Platten 1a und 1b, die jeweils ein Rohr 1 bilden. Das im Bild linke Ende 4a der Platten 1a, 1b bzw. der Rohre 1 mündet in der von der Anströmseite A entfernt liegenden Längsseite L2. Das andere im Bild rechte Ende 4b mündet in der Anströmseite A bzw. in der Längsseite L1.
Die 10 könnte als ein Ausführungsbeispiel angesehen werden, welches etwas größere wärmetauschende Flächen aufweist als dasjenige gemäß der 9. Dort kommen L-förmige Platten 1a, 1b bzw. Rohre 1 zum Einsatz. Das im Bild linke Ende 4a befindet sich wie bei der 9 in der von der Anströmseite A entfernten Längsseite L2. Das andere Ende 4b befindet sich in der vom linken Ende 4a entfernten Schmalseite S. Der dort angeordnete Sammelkasten 30 wird hier besonders flach ausgebildet, um die Größe der Anströmseite A nicht wesentlich einschränken zu müssen.
Ein nicht gezeigtes weiteres Ausführungsbeispiel besitzt einen nicht an der entfernt liegenden Schmalseite S, sondern an der nahe liegenden Schmalseite S angeordneten Sammelkasten 30. In diesem Fall besitzen die Rohre 1 eine Flusstrennung in Längsrichtung, damit die darin strömende beispielsweise Ladeluft zur entfernt liegenden Schmalseite S und von dort wieder zurück strömen kann.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 11 ist ähnlich demjenigen nach den 1–6. Es zeigt jedoch im Unterschied dazu eine konvexe Kontur der Längsseiten L1 und L2. Auch hier kann die gesamte Fläche der Platten 1a, 1b als wärmetauschende Fläche ausgebildet werden. Im Vergleich zu bekannten Ringkühlern, bei denen die Flachrohre über ihre Schmalseiten S gebogen werden, was fertigungstechnisch immer noch schwierig ist, insbesondere dann, wenn sich in den Flachrohren Einsätze befinden, wurde durch den Vorschlag die Herstellbarkeit verbessert bzw. erleichtert. In der 11 laufen die Längsseiten L1, L2 zu den Enden 4a, 4b hin etwas auseinander und vergrößern scheinbar den Querschnitt derselben. Das ist nicht bevorzugt sondern der Darstellung mittels „Autoformen" geschuldet. Bevorzugt laufen die mit der konvexen Kontur versehenen Längsseiten L1 und L2 parallel zueinander, also auch an den Enden 4a, 4b. Die Sammelkästen 30 an den Enden 4a, 4b wurden lediglich angedeutet.
Die 7 zeigt nun einen Blick auf die Anströmseite eines Kühlmoduls, in dem sich der Wärmetauscher aus den 1–6 befindet. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Wärmetauscher um einen Ladeluftkühler LLK. Die Anströmseite des Kühlmoduls ist gleichzeitig die Anströmseite des Wärmetauschers. Der Wärmetauscher wurde im unteren Bereich des Kühlmoduls angeordnet. Darüber befindet sich beispielsweise eine Kühlflüssigkeitskühler und andere zum Kühlmodule gehörende Komponenten. Die 7 macht die vergrößerte wärmetauschende Fläche des Ladeluftkühlers LLK im Vergleich zum darüber angeordneten Kühlflüssigkeitskühler besonders deutlich. Die 8 zeigt das Kühlmodul von der Rückseite. Die Einlass- und Auslassstutzen des Ladeluftkühlers LLK sind links und rechts, unten, erkennbar. Die Gesamtfläche wird von einer Ventilatorhaube V eingefasst, an der ein Lüfter angeordnet ist, um Kühlluft durch das Kühlmodul zu saugen.

Claims

Wärmetauscher für Kraftfahrzeuge, beispielsweise Ladeluftkühler oder Kühlflüssigkeitskühler, bestehend aus Rohren (1), die aus jeweils zwei Platten (1a, 1b) gebildet sind, die zwei gegenüberliegende Längsseiten (L1, L2) und zwei gegenüberliegende Schmalseiten (S) aufweisen, wobei eine der Längsseiten (L1) die Anströmseite (A) für beispielsweise Kühlluft darstellt, und bestehend aus zwischen den Rohren (1) angeordneten Wärmetauschrippen (2) oder dergleichen, durch die die Kühlluft frei hindurchströmt, und bestehend aus Sammelräumen (3), die an den Enden (4a, 4b) der Rohre (1) bzw. der Platten (1a, 1b) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das eine Ende (4a) der Rohre (1) in der von der Anströmseite (A) entfernten Längsseite (L2) mündet und dass das andere Ende (4b) der Rohre (1) entweder ebenfalls in der entfernten Längsseite (L2) oder in der die Anströmseite (A) bildende Längsseite (L1) oder in einer der Schmalseiten (S) mündet.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Sammelraum (3) bildender Sammelkasten (30) an jedem Ende (4a, 4b) angeschlossen ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide Enden (4a, 4b) der Rohre (1) in den Längsseiten münden und dass an beiden Enden (4a, 4b) Sammelkästen (30) angeordnet sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 1 und/oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide Enden (4a, 4b) der Rohre (1) in der von der Anströmseite (A) der Kühlluft entfernten Längsseite (L2) münden und dass an beiden Enden (4a, 4b) Sammelkästen (30) angeschlossen sind.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in einer Längsseite (L1, L2) mündende Ende (4a, 4b) der Rohre (1) bzw. der Platten (1a, 1b) eine gebogene bzw. gekrümmte bzw. abgewinkelte Kontur (5) aufweist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschrippen (2) oder andere den Wärmetausch befördernde Ausbildungen auch in den Bereichen, die die abgewinkelte Kontur (5) aufweisen zwischen den Rohren (1) angeordnet sind.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gestalt der die Rohre (1) bildenden Platten (1a, 1b) entweder etwa L-förmig oder etwa U-förmig oder etwa Z-förmig ausgebildet ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gestalt der die Rohre (1) bildenden Platten (1a, 1b) eine konvexe Kontur aufweist.
Kühlmodul für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass es einen oder mehrere Wärmetauscher enthält der/die gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist/sind.