DE10057240C1 - Verwendung eines Flüssigkeitskühlers für Verbrennungsmotoren - Google Patents

Abstract

Es wird die Verwendung eines Wärmetauschers vorgeschlagen, um flüssige oder gasförmige Medien zur Temperaturregelung bzw. Klimaführung in durch eine Brennkraftmaschine antreibbaren Fahrzeugen zu kühlen oder zu erwärmen. Der Wärmetauscher ist Gegenstand des DE-Patents 19939531.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines Flüssigkeitskühlers für Verbrennungsmotoren mit den im Anspruch 1 erläuterten Merkmalen, gemäß der DE 199 39 531 C1.

Solche Flüssigkeitskühler sind als Kühler für das Kühlwasser oder das Schmieröl von Verbrennungsmotoren konzipiert und zeichnen sich durch eine im Aufbau einfache und kostengünstig zu fertigende Konstruktion aus.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Flüssigkeitskühler dieser Art einem neuen Anwendungsbereich zuzuführen, der erfindungsgemäß in der Verwendung des Wärmetauschers zur Kühlung oder Erwärmung flüssiger oder gasförmiger Medien zur Temperaturregelung bzw. Klimaführung in durch eine Brennkraftmaschine antreibbaren Fahrzeugen besteht.

Diese Aufgabe wird mit einem Flüssigkeitskühler gelöst, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Der Einsatz des Flüssigkeitskühlers für Verbrennungsmotoren bietet somit bspw. die Möglichkeit, die Fahrgastzelle von Fahrzeugen sowohl zu kühlen als auch zu erwärmen, je nachdem, in welcher Kombination entsprechende Medien durch den aus einer umgeformten Kunststofffolie gebildeten Medienführungskörper hindurch geleitet werden.

Wird demgemäß durch die Rohre Kältemittel zur Luftentfeuchtung zwecks Luftkühlung hindurchgeleitet, bildet der Flüssigkeitskühler einen Kondensator, während dieser beim Hindurchführen von erhitztem Kühlwasser die Funktion eines Heizregisters zur Erwärmung der Raumluft in der Fahrgastzelle übernimmt.

Die durch die Lamellen gebildeten, sich zwischen den Rohren in deren Querrichtung erstreckenden Strömungskanäle des aus Kunststoff gebildeten Medienführungskörpers können endseitig offen oder für einen geschlossenen Kreislauf gekapselt sein. Im ersteren Falle kann durch die Querkanäle Luft hindurchgeleitet werden, die dann mittels die Rohre durchströmendem, warmem Kühlwasser erwärmt oder mittels die Rohre durchströmendem Kühlmittel gekühlt wird. Im zweiten Falle kann durch eine Gruppe von Kanälen bspw. zu kühlendes Öl hindurchgeleitet werden, das durch ein in der anderen Gruppe von Kanälen geführtes Kühlmedium gekühlt wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Flüssigkeitskühlers für Verbrennungsmotoren sind Gegenstand der Ansprüche 2 und 3.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines im Sinne der Erfindung verwendbaren Flüssigkeitskühlers dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht des Flüssigkeits­ kühlers;

Fig. 2 einen Querschnitt des Flüssigkeitskühlers, entlang der Linie II-II der Fig. 1 gesehen;

Fig. 3 einen in Fig. 2 durch einen strich­ punktierten Kreis angedeuteten Ausschnitt, in vergrößertem Maßstab;

Fig. 4a und 4b jeweils einen Querschnitt durch eine Kunststofffolie zur Bildung eines mit Lamellen bestückten Flüssigkeitsrohres;

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Kunststofffolie, in verkürzter Darstellung;

Fig. 6a und 6b jeweils einen Querschnitt durch ein aus einer Folie gemäß Fig. 4a bzw. 4b gebildeten Flüssigkeitsrohres;

Fig. 7 einen Schnitt entlang der Linie VII-VII der Fig. 3; und

Fig. 8 die linke Hälfte der Fig. 4a in stark vergrößerter und teilweise aufgebrochen gezeigter Darstellung.

Der in Fig. 1 gezeigte Flüssigkeitskühler bilde t beispielsweise ein Heizregister zur Erwärmung einer Fahrgastzelle eines von einem Verbrennungsmotor getriebenen Fahrzeuges. Er weist in bekannter Weise einen Rahmen auf, dessen seitliche Rahmenschenkel 12 und 14 kastenartig ausgebildet sind. Der Rahmenschenkel 12 enthält eine über einen Eintrittsstutzen 16 mit dem Kühlwasserrückfluss des Verbrennungsmotors verbindbare Wasserzuflusskammer, während der Rahmenschenkel 14 eine Wasserabflusskammer enthält, die über einen Austrittsstutzen 18 an eine Wasserpumpe des Verbrennungsmotors anschließbar ist.

Beide Rahmenschenkel 12, 14 sind über einen oberen und einen unteren, im Querschnitt vorzugsweise U-förmigen Rahmenschenkel 20 und 22 miteinander ecksteif verbunden.

Innerhalb des Rahmens 10 ist ein Heiznetz vorgesehen, das aus einer Vielzahl von einzelnen, sich beispielsweise horizontal erstreckenden und übereinander angeordneten Flüssigkeits- bzw. Wasserrohren 24 gebildet ist. Diese stehen endseitig, wie an sich bekannt, mit den beiden Kammern der Rahmenschenkel 12, 14 in Verbindung, wobei die abgedichtete Anordnung der Flüssigkeitsrohre 24 des Heiznetzes an den Rahmenschenkeln 12, 14 mittels Gießharz oder auf andere geeignete Weise bewerkstelligt sein kann.

Im Folgenden wird die Konstruktion der Flüssigkeitsrohre 24 sowie deren Fertigung im Einzelnen erläutert:

Die Flüssigkeitsrohre 24 weisen gemäß Fig. 6a und 6b bevorzugt den Querschnitt eines Flachrohres auf und sind im Rahmen 10 in einer gemeinsamen Ebene übereinanderliegend so vorgesehen, dass ihre flachen Rohrwandteile 26 und 28 übereinanderliegen. An beiden Rohrwandteilen 26 und 28 sind außenseitig in Rohrlängsrichtung im Abstand voneinander sich quer zur Rohrachsrichtung erstreckende, stegartige Lamellen 30 vorgesehen, so dass die den Flüssigkeitskühler durchströmenden Medien kreuzend geführt sind.

Die Flüssigkeitsrohre 24 bestehen aus druck- und hydrolysebeständigem, temperaturgeeignetem, hochfestem Kunststoff, wie PA 6.6, PEI, PEEK, PAI oder PPS, wobei diese in zwei Arbeitsgängen aus einer Kunststofffolie 32 von vorzugsweise 0,30 mm gefertigt werden.

Diese Kunststofffolie 32 wird beispielsweise in einem Tiefziehwerkzeug unter Anwendung eines Unterdruckes thermisch umgeformt und in die in den Fig. 4a und 4b gezeigte Form gebracht.

Die Kunststofffolie 32 weist dadurch zwei Folienhälften 32a und 32b auf, die über eine sich in Folienlängsrichtung erstreckende, umgekehrt rinnenartige Vertiefung 34 miteinander biegsam verbunden sind.

Die Seitenwände 36, 38 dieser Vertiefung 34 erweitern diese kontinuierlich nach außen und weisen hierzu im Querschnitt Teilkreisform auf. Der Boden 40 dieser Vertiefung 34 weist im Querschnitt vorzugsweise die Form eines Halbkreises auf.

Die Querschnittsform der rinnenartigen Vertiefung 34 stellt sicher, dass sich die Kunststofffolie 32 in einer Weise falten lässt, dass beide Folienhälften 32a und 32b deckungsgleich übereinander zu liegen kommen (s. Fig. 6a und 6b) und sich dann die Rohrwandteile 26, 28 bis zur längsseitigen, durch den Rinnenboden 40 gebildeten Verbindungskante parallel erstrecken und damit der Rohrquerschnitt über die gesamte Rohrbreite gleich ist.

Beide Folienhälften 32a und 32b weisen jeweils ein äußeres Längsrandstück 42 bzw. 44 auf, die zu dem sich anschließenden Rohrwandteil 26 bzw. 28 stufenförmig derart abgesetzt sind, dass bei deckungsgleicher Zuordnung beider Folienhälften 32a und 32b die Rohrwandteile zueinander parallel verlaufen. Zur Fertigstellung der Flüssigkeitsrohre 24 sind dann nach dem Falten der Kunststofffolie 32 deren Längsrandstücke 42 und 44 lediglich noch dicht miteinander zu verbinden, was beispielsweise durch Kleben oder Falzen, vorzugsweise jedoch durch Schweißen, zu bewerkstelligen ist.

Die stegartigen Lamellen 30 weisen aufgrund des Tiefzieh- oder gegebenenfalls eines Prägevorganges einen U-förmigen Querschnitt mit zwei Stegwandteilen auf. Diese werden nach der Thermobehandlung der Kunststofffolie 32 miteinander verbunden und dadurch ausgesteift, um bei dem in den Flüssigkeitsrohren 24 ggf. herrschenden hohen Betriebsdruck des Flüssigkeits­ kühlers ein Aufblähen derselben zur Seite hin und damit eine Verkleinerung des Querschnitts der durch die Lamellen 30 definierten Luftkanäle 46 und eine dadurch bedingte Verringerung des Warmluftdurchsatzes zu vermeiden.

Die stegartigen Lamellen 30 können sich senkrecht zur Rohrlängsachse erstrecken. Zu bevorzugen ist jedoch die in Fig. 5 gezeigte, leicht bogenförmig gekrümmte Lamellenausbildung, wobei in zusammengeklapptem Zustand der Kunststofffolie 32 die Lamellen 30 sich aufeinander abstützen, wie dies in Fig. 7 angedeutet ist.

Die Höhe der Lamellen 30 kann deshalb um die Hälfte kleiner gewählt werden, als wenn diese geradlinig ausgebildet wären und sich unmittelbar am benachbarten Flüssigkeitsrohr 24 abstützen würden. In diesem Falle müssten die Lamellen 30 an beiden Folienhälften 32a und 32b zueinander auf Lücke versetzt angeformt werden, wobei aus dem Eingriff der Lamellen 30 der einen Folienhälfte zwischen diejenigen der anderen Folienhälfte wiederum eine Verkleinerung des Querschnitts der Warmluftkanäle resultieren würde.

Wie die Fig. 4b und 6b zeigen, besteht bei diesem Ausführungsbeispiel der Kunststofffolie 32 im Vergleich zu demjenigen der Fig. 4a und 6a ein konstruktiver Unterschied darin, dass die flachseitigen Rohrwandteile 26, 28 einen gewellten Querschnitt aufweisen, wobei die beiden Wellenlinien vorzugsweise zueinander parallel verlaufen. Dadurch ist, aufgrund der so erzielten Oberflächenvergrößerung bei kontinuierlichem Querschnitt des Flachrohres, eine wesentliche Temperatursteigerung für die zu erwärmende Luft erzielbar.

Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, weist die Kunststofffolie 32 noch eine deren Festigkeit erhöhende Verstärkungseinlage in Form eines Gitternetzes 48 auf, das aus Glas- oder Kohlefasern mit einer Länge von vorzugsweise 30 mm bestehen kann.

Insbesondere sind hierfür Fasern aus hochreißfestem Material, wie Aramid, geeignet.

Das Gitternetz 48 ist hierbei in der Kunststofffolie 32 derart orientiert, dass zur Bildung der Lamellen 30 die Netzdurchbrüche 50 in Lamellenhochrichtung Rautenform einnehmen. Der Schrägverlauf der Netzfäden 52 unter einem Winkel von 45° verleiht hierbei dem Gitternetz 48 bei der thermischen Umformung der Kunststofffolie 32 große Elastizität bzw. Dehnfähigkeit.

Alternativ hierzu kann die Kunststofffolie mit kurzen oder langen Fasern verstärkt werden, wobei vorteilhaft kurze Fasern bei relativ großer Steghöhe und lange Fasern bspw. Gitternetze bei relativ kurzer Steghöhe zum Einsatz kommen können.

Den Rahmenschenkeln 20, 22 kommt bei der erläuterten erfindungsgemäßen Ausbildung der Flüssigkeitsrohre 24 insofern noch wesentliche Bedeutung zu, als durch diese bei entsprechend auftretenden Betriebsdrücken ein Aufblähen der Flüssigkeitsrohre 24 in Hochrichtung ihrer Lamellen 30 unterbunden wird.

Claims (3)

1. Verwendung eines Flüssigkeitskühlers für Verbrennungs­ motoren mit einem Rahmen (10) mit seitlichen Rahmenschenkeln (12, 14), die über einen oberen und einen unteren Rahmenschenkel (20, 22) ecksteif verbunden sind, wobei einer der Rahmenschenkel einen Kühlwasser-Eintritts­ stutzen (16) und der gegenüberliegende einen Kühlwasser- Austrittsstutzen (18) aufweist und innerhalb des Rahmens (10) ein Netz aus einer Vielzahl von Flüssigkeitsrohren (24) angeordnet ist, die endseitig mit jeweils einer den Kühlwasser-Eintritts- bzw. -Austrittsstutzen (16 bzw. 18) aufweisenden Kammer von Rahmenschenkeln (12, 14) verbunden sind, wobei die Rohre (24) im Rahmen (10) in einer gemeinsamen Ebene zueinander benachbart sind, an den Rohren (24) außenseitig in Rohrlängsrichtung im Abstand voneinander sich quer zur Rohrachsrichtung erstreckende, stegartige Lamellen (30) vorgesehen sind, und die Rohre (24) samt Lamellen (30) aus wenigstens einer thermisch umgeformten Kunststofffolie bestehen, und wobei die Stegwandteile der als doppelwandige Stege ausgebildeten Lamellen (30) gegenseitig fest miteinander verbunden sind (nach DE 199 39 531 C1), zur Kühlung oder Erwärmung flüssiger oder gasförmiger Medien zur Temperaturregelung bzw. Klimaführung von Fahrgastzellen in durch eine Brennkraftmaschine antreibbaren Fahrzeugen.

2. Verwendung eines Flüssigkeitskühlers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssligkeitsohre (24) ein Kältemittel zur Luftentfeuchtung leiten.

3. Verwendung eines Flüssigkeitskühlers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssligkeitsohre (24) erhitztes Motorkühlwasser leiten.