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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Kühler, insbesondere einen Kühler wie
er in Fahrzeugen Verwendung findet und vorzugsweise in den Kühlkreislauf
für eine
Brennkraftmaschine integriert ist. Derartige Kühler sind üblicherweise als sogenannte Röhrenkühler ausgebildet,
bei denen sich zwischen zwei vorzugsweise vertikal ausgerichteten
Sammelrohren in Längsrichtung
parallel zueinander verlaufende Kühlrohre erstrecken. Dabei findet
ein Fluss von einem Kühlmittel
von einem Sammelrohr durch die Kühlrohre
hin zum anderen Sammelrohr statt. Im Bereich der Kühlrohre
besteht ein Wärmeaustausch mit
einem in Querrichtung der Erstreckung, also der Breite des Kühlers verlaufenden
Rohrs, strömenden, vorzugsweise
gasförmigen
Kühlmediums,
wie Umgebungsluft.
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Dabei
ist es bekannt, zur Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche zwischen
den Kühlrohren Wellenrippen
anzuordnen. Bei den Wellenrippen handelt es sich insbesondere um
ein wellenförmig ausgebildetes
schmales Blechband, dessen Kammlinien sich in Richtung der Breite
des Kühlers
erstrecken und die entlang der Kammlinien alternierend an einem
unteren bzw. oberen Kühlrohr
befestigt gehalten sind, wobei sie insbesondere durch Löten mit
den Kühlrohren
verbunden sind.
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Darüber hinaus
ist es bekannt, oberhalb des obersten und unterhalb des untersten
Kühlrohrs
des Kühlers
jeweils auch Wellenrippen vorzusehen. Zum Schutz der Wellenrippen
vor Beschädigung
und um einen stabilen Abschluss des Kühlers herzustellen, ist es
bekannt, auf wenigstens einer der Seiten, die sich parallel zu den
Kühlrohren
und über
die Breite des Kühlers
hinweg erstrecken, ein Seitenblech vorzusehen.
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Dabei
ist es bekannt, dass Seitenbleche den Nachteil aufweisen, dass sie
aufgrund eines anderen Wärmeausdehnungsverhaltens
und aufgrund der Tatsache, dass sie sich in einem anderen Temperaturbereich
als die Kühlrohre
befinden, eine unterschiedliche Wärmeausdehnung in Längsrichtung
der Kühlrohre
gegeben ist. Aufgrund dieser unterschiedlichen Wärmeausdehnung treten insbesondere
an den äußeren Kühlrohren
Dehnbelastungen auf, die über
eine Anzahl von thermischen Lastspielen hinweg zu Undichtigkeiten
im Kühler
führen
können,
insbesondere im Wurzelbereich der außenliegenden Kühlrohre.
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Aufgabe
der Erfindung ist es demgemäß Seitenbleche
so auszubilden, dass derartige Beschädigungen des Kühlers zuverlässig vermieden
werden.
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Diese
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gegenüber dem
gattungsgemäß zugrunde gelegten
Stand der Technik durch einen erfindungsgemäß ausgestalteten Kühler gelöst.
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Ein
Kühler,
wie er insbesondere als Kühler für Fahrzeuge
dient, weist zwei sich in Hochrichtung erstreckende Sammelrohre
auf. Die Sammelrohre sind dabei in Längsrichtung über parallel
zueinander verlaufende Kühlrohre
fluidisch miteinander verbunden. Zwischen den Kühlrohren sind dabei Wellenrippen
angeordnet, deren Kammlinien in Richtung der Breite des Kühlers verlaufen
und alternierend beidseitig jeweils an einem Kühlrohr anliegen. Darüber hinaus
ist wenigstens ein Seitenblech vorgesehen, welches sich außenseitig
zwischen den Sammelrohren parallel zu den Kühlrohren erstreckt und in seiner Breite
im Wesentlichen der Breite der Wellenrippen entspricht. In erfindungsgemäßer Ausgestaltung
ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Seitenblech zu den Sammelrohren
benachbarten Bereichen eine Materialschwächung aufweist.
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Durch
diese Materialschwächung
wird erreicht, dass vom Seitenblech eine Lastübertragung auf die Wellenrippen
und das dem Seitenblech benachbarte Kühlrohr eine Kraftübertragung
so erfolgt, dass diese frei von Spannungsspitzen aufgrund unterschiedlicher
thermischer Ausdehnung ist. Insbesonde re ist im Bereich der Seitenbleche
eine solche Materialschwächung
gegeben, dass die unterschiedliche thermische Ausdehnung durch elastische
Verformung aufgefangen werden kann.
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Dabei
kann insbesondere der Nachteil ausgeglichen werden, dass aufgrund
von Montagemanipulationen und Fertigungstoleranzen ein Befestigen der
Wellenrippen am Kühlrohr
bzw. beim Befestigen des Seitenblechs auf den Wellenrippen im Bereich der
randständigen
Wellenrippen, beispielsweise durch Zusammenschieben der Wellenrippen
und einen geringfügigen Überschuss
an Lötmasse
beim Verlöten,
ein Verblocken der Wellenrippen entsteht, so dass in dem Bereich,
welcher zu den Sammelrohren benachbart ist, eine erhöhte Steifigkeit
der Wellenrippen hinsichtlich der Längsausdehnung gegeben ist.
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Es
entspricht dabei vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung, wenn
die Materialschwächung
in einer Reduktion der Breite des Materials des Seitenblechs im
zum Sammelrohr benachbarten Bereich besteht. Hierdurch wird die
hohe Flexibilität
und geringe Steifigkeit des Seitenteils insbesondere in dem Bereich
erzeugt, in dem ansonsten die höchste
Lastüberleitung
von Seitenblech auf Kühlrohr über die Wellenrippen
stattfindet. Dabei entspricht es vorteilhafter Ausgestaltung, wenn
die Reduktion der Breite des Materials derart ausgebildet ist, dass
das Seitenblech auf wenigstens einer Seite eine durchgehende, lineare
Seitenkante in Längsrichtung
des Kühlers aufweist.
Durch diese Seitenkante wird zum Beispiel ein geradliniger, linearer
vorderer oder hinterer Abschluss des Kühlerblechs geschaffen, welcher
nicht durch eine Verringerung des Querschnitts in seiner Kontur
verändert
ist. Diese Maßnahme
schafft insbesondere eine definierte Außenkontur des Kühlers beispielsweise
in Blickseite.
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Gemäß vorteilhafter
Ausgestaltung ist das Seitenblech im Bereich der Materialschwächung aus einer
geringen Anzahl, beispielsweise bis zu fünf schmalen Materialfingern
gebildet. Jeder der Materialfinger ist dabei ein gegenüber der
Breite des Seitenstreifens schmaler Materialsteg, der von einem Grundkörper des
Seitenblechs in Richtung auf das Sammelrohr abragt bzw. sich bis
zum Sammelrohr erstreckt. Insbesondere erstreckt sich der Materi alfinger
hin zum letzten Wellenkamm einer Wellenrippe. Die Ausbildung von
schmalen Materialfingern ermöglicht
eine weiche Gestaltung des Seitenblechs im Bereich der Finger. Dabei
kann insbesondere vorgesehen sein, dass jeweils ein Finger randständig ausgebildet
ist, so dass eine nach außen
hin durchlaufende Seitenkante des Seitenblechs geschaffen ist. Die
Anzahl der Materialfinger ist entsprechend den Bedürfnissen
an Steifigkeit und Flexibilität
zu bestimmen.
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Es
entspricht einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, wenn
sich in Längsrichtung
erstreckende Versteifungen vorgesehen sind, die durch eine Überhöhung in
der Profilbildung in Hochrichtung bestehen. Durch diese Aussteifung
in Hochrichtung werden trägerähnliche
Versteifungen geschaffen, welche vor allem die Kraftaufnahme und
Lastaufnahme in Hochrichtung des Materialschwächungsbereichs erhöhen. Diese
müssen
vor allem dem Effekt entgegenwirken, dass aufgrund des Drucks anstehender
Kühlflüssigkeit
in den Kühlrohren
eine Tendenz zur Bombierung der Kühlrohre nach außen besteht.
Andererseits muss die Steifigkeit so gewählt sein, dass der thermische
Längenausgleich
dennoch möglich
ist.
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Gemäß vorteilhafter
Ausgestaltung der Erfindung ist ein Zwischenbereich des Seitenblechs
vorgesehen, welcher gegenüber
den Schwächungsbereichen
in Längsrichtung
nach innen von den Sammelrohren weg versetzt ist. Der Zwischenbereich
des Seitenblechs besteht in einer Ausbiegung, welche eine sich in
der Breite des Seitenblechs erstreckende Kammlinie aufweist. Durch
diese Maßnahme
wird ein Biegebereich geschaffen, dem ein Ausbiegen des Seitenblechs
in Hochrichtung, also in der Vertikalrichtung, ermöglicht wird.
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Gemäß besonders
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das
wenigstens eine Seitenblech ausschließlich an Wellenrippen befestigt,
insbesondere mit diesen durch Löten
verbunden ist. Das ausschließliche
Befestigen des Seitenblechs an den Wellenrippen vermeidet eine Verbindung
des Seitenblechs mit den Sammelrohren, so dass in diesem Bereich
keine steife Abstützung
vom Seitenblech zu den Sammelrohren gegeben ist, die zu Spannungen
aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnung bezüglich dem
benachbarten Kühlrohr
führt,
welche durch ein Wellenblech übertragen
werden. Das Wellenblech ist also gegenüber den Sammelrohren schwimmend
auf den Kammlinien der Wellenrippen gelagert. In bevorzugter Ausgestaltung ist
dabei vorgesehen, dass zwischen Seitenblech und Sammelrohr ein seitenblechfreier
Spalt ausgebildet ist. Das Seitenblech erstreckt sich also nicht
unmittelbar hin bis zu den Sammelrohren, sondern ist von diesen
um einen Spalt beabstandet. Dieser Spalt dient zum einen als Ausdehnungsraum
für das
Seitenblech in Längsrichtung
und zum anderen wird verhindert, dass Kräfte vom Seitenblech über die
letzten Flanken der Wellenrippen in das benachbarte Kühlrohr eingeleitet
werden und im Bereich dessen Fußpunkts
am Sammelrohr Kräfte
eingeleitet werden, welche zu Undichtigkeiten des Kühlers führen könnten. Es
entspricht dabei bevorzugter Ausgestaltung, wenn der Spalt eine
Spaltbreite aufweist, die eine Anzahl von Perioden der Wellen des
Wellenblechs, also über
eine gewisse Anzahl von Kammlinien des Wellenblechs hinweg erstreckt.
Die Anzahl der Kammlinien liegt dabei vorzugsweise unterhalb von
20 und insbesondere zwischen 5 und 15. Durch diese Maßnahme ist
einerseits eine hinreichende Versteifung des Kühlers in Längsrichtung sichergestellt
und andererseits ist dennoch zuverlässig vermieden, dass im Bereich
der Befestigung der Kühlrohre
an den Sammelrohren Kräfte
eingeleitet werden, die die Dichtigkeit in diesem Bereich infrage
stellen würden.
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Im Übrigen ist
die Erfindung nachfolgend auch anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele
näher erläutert; dabei
zeigt:
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1 in
3D-Ansicht einen Auszug aus einem erfindungsgemäß ausgebildeten Kühler;
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2a bis 2e in
schematischer Darstellung unterschiedlich gestaltete Seitenbleche
gemäß der Erfindung;
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3a, 3b, 4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b jeweils
in schematischer Seitenansicht und schematischer Aufsicht unterschiedlich
gestaltete Seitenbleche für
Kühler
in ihrer Anordnung am Kühler.
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Die 1 zeigt
einen Ausschnitt aus einem Kühler 10 in
dreidimensionaler Darstellung. Der Kühler wird aus einem Sammelrohr 11 gebildet,
welcher sich in Richtung der Hochachse, also der Vertikalen erstreckt.
In Längsrichtung
zwischen zwei Sammelrohren 11 erstrecken sich Kühlrohre 12,
wobei jeweils zwischen zwei Kühlrohren
Wellenrippen 13 angeordnet sind, die Kammlinien 14 aufweisen,
welche in Richtung der Breite B des Kühlers verlaufen. Dabei sind
die Kammlinien 14 der Wellenrippen jeweils in Anlage mit
einem oberhalb bzw. unterhalb angeordneten Kühlrohr 12 und mit
diesem durch Löten
verbunden. Auf der obersten Wellenrippe 13 ist an der Oberseite
das Seitenblech 40 befestigt, wobei dieses insbesondere
durch Löten
mit den Kammlinien der Wellenrippen 13 verbunden ist. Dabei
weist das Seitenblech eine Breite b, die im Wesentlichen der Breite B
des Kühlers
und der Wellenrippen 13 entspricht.
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Dabei
zeigt das Ausführungsbeispiel
der 1 eine Ausführungsform,
bei der in einem Bereich 49, welcher dem Sammelrohr 11 benachbart
ist, das Seitenblech in seiner Steifigkeit dadurch geschwächt ist,
dass das Seitenblech lediglich aus zwei Materialfingern 43 besteht,
die sich bis hin zum innenliegenden Rand des Sammelrohrs 11,
welcher insbesondere als Rohrboden 15 ausgebildet ist,
heranreicht. Dabei sind die beiden Materialfinger 43 so angeordnet,
dass sie bezüglich
der äußeren Seitenkante 42 des
Seitenblechs nach innen versetzt sind.
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Die
nachfolgenden 2a bis 6b zeigen
dabei in Prinzipskizzen unterschiedliche Ausführungsformen erfindungsgemäßer Seitenbleche,
wobei jeweils die 2a, 3a, 4a, 5a und 6a in
schematischer Darstellung eine Seitenansicht zeigen, während die
nachfolgenden 2b, ... 2e, 3b,
... 6b jeweils entsprechende Aufsichten auf demgemäß gestaltete
Seitenbleche zeigen.
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Die 2a zeigt
den Rohrboden 15 eines Sammelrohrs 11 eines Kühlers 10 und
ein im Rohrboden gehaltenes Kühlrohr 12,
wobei es sich bei dem Kühlrohr 12 um
das oberste Kühlrohr
handelt. An seiner Oberseite sind die Wellenrippen 13 angeordnet. Gemäß der dargestellten
Ausführungsform
ist dabei ein Schwächungsbereich 49 dadurch
gebildet, dass das auf der Ober seite der Wellenrippen 13 gehaltene Seitenblech 40 sich
nicht bis hin zum Rohrboden 15 erstreckt, sondern ein Bereich 49 ausgebildet
ist, in dem kein Seitenblech vorgesehen ist. Dabei erstreckt sich
der Bereich 49 über
mehrere Perioden von Wellen der Wellenrippen 13.
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Die 2b zeigt
in Aufsicht die Ausführungsform
der 2a. Das Seitenblech 40 erstreckt sich
nur bis hin zu einem Bereich 49, der sich zwischen dem
Seitenblech 40 und dem Rohrboden 15 des Sammelrohrs 11 erstreckt.
Dabei sind in der Aufsicht im Bereich 49 mehrere Kammlinien 14 der
Wellenrippen 13 ersichtlich, welche nicht durch das Seitenblech 40 abgedeckt
sind. Das Seitenblech ist in den Ausführungsformen gemäß der 2 jeweils ausschließlich durch Verlöten mit
anliegenden Kammlinien 14 der Wellenrippen 13 verbunden,
so wie auch die Wellenrippen 13 mit dem darunter liegenden
Kühlrohr 12 durch
Verlöten
in den unteren Kammlinien 14 verbunden sind.
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Die
Ausführungsformen
gemäß den 2c bis 2e zeigen
dabei jeweils entsprechende Ausgestaltungen, die sich lediglich
in der Gestaltung des Seitenblechs 40 von der Ausführungsform
gemäß den 2a und 2b unterscheiden.
Dabei ist das Seitenblech gemäß den 2c bis 2e jeweils
so gestaltet, dass es sich nahezu bis hin zum Rohrboden 15 und
damit zum Sammelrohr 11 erstreckt und insgesamt höchstens
eine geringe Anzahl, beispielsweise ein oder zwei Kammlinien 14 der
Wellenrippen nicht mit dem Seitenblech 40 in Verbindung
stehen. Allen drei Ausführungsformen
ist es gemeinsam, dass in dem Bereich 49 jeweils eine Verjüngung des Seitenblechs
in seiner Breite b stattfindet. Dabei läuft das Seitenblech 40 in
der Ausführungsform
gemäß der 2c spitz
zu, wobei die Spitze in der Mitte der Breite B des Kühlers 10 ausgebildet
ist, wobei in der 2d die Spitze des Seitenblechs 40 im
Bereich einer Seitenkante 42 liegt, so dass die Seitenkante 42 wenigstens
auf einer Seite des Kühlers
wenigstens bis nahezu an den Rohrboden 15 sich über die
gesamte Länge
des Kühlers
hinweg erstreckt. Die 2e zeigt dabei eine Ausgestaltung,
wobei die Breite b des Seitenblechs beidseitig kontinuierlich verjüngt ist,
je näher
der Schwächungsbereich 49 am Rohrboden 15 ist.
Es findet nahezu ein Übergang
zu einem fingerförmigen
Abschnitt des Seitenblechs 40 statt. Durch das Verjün gen des
Seitenblechs 40 wird in diesem Bereich die Übertragung
von Kräften
auf die Wellenrippen 13 auf einen größeren Bereich verteilt. Durch
die Wellenrippen 13 im Verjüngungsbereich findet die Krafteinleitung
in einem größeren Bereich
des Kühlrohrs 12 statt,
so dass lokal keine Spitzenlasten auftreten, die insbesondere im
Wurzelbereich des Kühlrohrs 12 am
Rohrboden 15 Spannungsbereiche zur Folge haben können.
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Auch
die 3a und 3b sowie
die 4a und 4b zeigen
jeweils in schematisch geschnittener Seitenansicht bzw. Aufsicht
eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Seitenblechs mit
einem Schwächungsbereich
in Nachbarschaft zu dem Sammelrohr 11. Wiederum ist im
Grundaufbau das Sammelrohr 11 mit seinem Rohrboden 15 zu
sehen. In den Rohrboden eingesetzt und mit diesem durch Löten dicht
verbunden ist das Kühlrohr 12,
wobei wiederum nur ein Kühlrohr
dargestellt ist. Auf dem Kühlrohr 12 sind
die Wellenrippen 13 angeordnet, wobei die unteren Kammlinien 14 durch
Löten mit Kühlrohr 12 verbunden
sind. Im Bereich der oberen Kammlinien 14 ist das Seitenteil 40 jeweils
mit den Wellenrippen 13 verbunden, wobei das Seitenteil 40 jeweils
nur knapp ist an den Rohrboden 15 heranreicht und zu diesem
um einen schmalen Spalt 47 beabstandet ist.
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Den
beiden Ausführungsformen
gemäß den 3 und 4 ist
gemeinsam, dass in einem Schwächungsbereich 49 des
Seitenblechs 40 eine Versteifung 44 ausgebildet
ist, welche sich in Längsrichtung des
Seitenblechs 40 erstreckt, jedoch in Hochrichtung über den
restlichen Verlauf des Seitenblechs 40 erhaben ist.
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Dabei
zeigen die 3a und 3b ein Ausführungsbeispiel,
wobei benachbart zu dem Schwächungsbereich 49 das
Seitenblech 40 eine Ausbiegung 45 aufweist, welche
eine in Richtung der Breite b des Seitenblechs verlaufende Kammlinie 46 aufweist.
Diese Ausbiegung 45 sorgt für eine hohe Flexibilität des Schwächungsbereichs 49,
welcher insbesondere durch ein Verbiegen des Seitenblechs im Bereich
der Ausbiegung 46 und eine hohe Dehnbarkeit in Längsrichtung
des Seitenblechs 40 gegeben ist.
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Die
Ausführungsform
gemäß den 4a und 4b zeigt – wie 1 – eine Gestaltung,
bei der der Schwächungsbereich 49 durch
Finger 43 gebildet ist, wobei sich die Versteifungen 44 über die Finger
hinweg bis in den ungeschwächten
Bereich des Seitenblechs 40 hineinerstecken. Die Finger 43 sind
somit gegen ein Verbiegen in Hochrichtung, nämlich der Vertikalrichtung
durch die Versteifungen 44 geschützt. Lediglich dadurch, dass
sich im Bereich der Finger 43 das Seitenblech 40 nicht über die gesamte
Breite B des Kühlers
erstreckt, ist sichergestellt, dass keine zu große Versteifung im Fußbereich der
Kühlrohre 12 am
Rohrboden 15 gegeben ist.
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Die 5a und 5b zeigen
eine Ausführungsform,
bei der als Schwächung
Aussparungen 48 im Material des Seitenblechs 40 gegeben
sind. Auch hierbei ist im Übergangsbereich
zwischen dem Schwächungsbereich 49 und
dem restlichen Abschnitt des Seitenblechs 40 eine Ausbiegung 45 ausgebildet,
wobei im Bereich der Ausbiegung 45 auch eine Schwächung des
Seitenblechs 40 dadurch gegeben ist, dass sich in diesem
Bereich das Seitenblech 40 nicht über die vollständige Breite
B des Kühlers 10 erstreckt.
Dabei sind die Aussparungen 48 insbesondere als Ausstanzungen
im Material des Seitenblechs 40 ausgebildet, so dass eine
weitgehend geschlossene Kontur des Seitenblechs gegeben ist. Bis
auf den Bereich der Ausbiegung 45 erstreckt sich eine kontinuierlich
durchgehende Seitenkante 22 des Seitenblechs auf beiden
Seiten des Kühlers 10 am
Rand der Wellenrippen 13.
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Die
Ausführungsform
gemäß den 6a und 6b entspricht
dabei der Ausgestaltung der 5a und 5b,
wobei lediglich auf die Aussparungen 48 verzichtet wurde,
soweit diese nicht im Bereich der Ausbiegung 45 ausgebildet
sind.
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Insgesamt
gesehen zeigen die 1 bis 6 unterschiedliche
Ausführungsformen
erfindungsgemäßer Seitenbleche,
wobei noch weitere Varianten denkbar sind, die den Rahmen der vorliegenden
Erfindung nicht verlassen und die insbesondere aus einer Kombination
unterschiedlicher Ausgestaltungsmerkmale gemäß den vorstehend beschriebenen
Figuren bestehen können.