-
Die
Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug,
und insbesondere einen Wärmetauscher
für ein
Kraftfahrzeug, bei dem das zu kühlende
Fluid mit einem sehr hohen Druck durch den Wärmetauscher geleitet wird.
-
In
einem Kraftfahrzeug finden Wärmetauscher
in einer großen
Anzahl und in verschiedenen Ausführungsformen
Verwendung, beispielsweise als Kühlmittelkühler, Getriebeölkühler, Abgaskühler, Ladeluftkühler, Hydraulikölkühler und
dergleichen.
-
Der
Grundaufbau eines solchen herkömmlichen
Wärmetauschers
ist beispielhaft in 2 veranschaulicht.
Der Wärmetauscher 10 enthält einen Kernabschnitt 12 mit
mehreren parallelen Fluidverbindungen für ein zu kühlendes Fluid und Freiräume für einen
Kühlluftdurchtritt 13.
Durch den Wärmeaustausch
zwischen der Kühlluft 13 und
dem Fluid kann das Fluid gekühlt
werden. Der Kernabschnitt 12 ist zwischen zwei Sammelbehältern 14 und 16 angeordnet,
die jeweils mit den Enden der Fluidverbindungen des Kernabschnitts 12 in
Fluidverbindung stehen. Diese Sammelbehälter 14, 16 sind
jeweils über
eine Rohrverbindung 30, 32 mit einem Fluideinlass 18 bzw.
einem Fluidauslass 24 des Wärmetauschers 10 verbunden.
Der Fluideinlass 18 ist seinerseits mit einem Einlassrohr 22 für das zu
kühlende
Fluid verbindbar, und der Fluidauslass 24 ist mit einem
Auslassrohr 28 für
das gekühlte
Fluid verbindbar.
-
Neben
den Anforderungen an eine ausreichende Kühlleistung und einen geringen
Bauraum müssen
auch Anforderungen an eine große
Stabilität und
damit lange Lebensdauer erfüllt
werden. So besteht eine Maßnahme
zur Erhöhung
der Lebensdauer von Komponenten eines Kühlsystems in einer mechanischen
Schwingungsentkopplung zwischen miteinander verbundenen Komponenten.
Hierzu können zum
Beispiel Schläuche
aus einem elastischen Material eingesetzt werden.
-
In
diesem Zusammenhang ist es zum Beispiel aus der japanischen Offenlegungsschrift JP-A-2001-123840
bekannt, das mit dem Fluideinlass eines Ladeluftkühlers verbundene
Einlassrohr über
einen Silikongummischlauch mit dem Fluidauslass eines Turboladers
zu verbinden.
-
Die
JP-A-2001-303961 beschreibt einen Wärmetauscher, bei dem der Fluideinlass
oder der Fluidauslass über
ein elastisches Zwischenstück
mit einem Einlassrohr bzw. einem Auslassrohr verbunden ist, wobei
die Flexibilität
des Verbindungsstücks hauptsächlich in
einer speziell gewählten
Ausrichtung liegen soll.
-
Ferner
zeigt die JP-A-2003-278550 eine Brennkraftmaschine mit einem Turbolader,
der über einen
Vorkühler
und einen Hauptkühler
mit dem Ansaugrohr der Brennkraftmaschine verbunden ist. Die Verbindungsleitungen
zwischen dem Vorkühler
und dem Hauptkühler
sowie zwischen dem Hauptkühler und
dem Ansaugrohr der Brennkraftmaschine sind zumindest teilweise aus
elastischen Leitungen gemacht.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher
für ein
Kraftfahrzeug bereitzustellen, der durch eine Reduzierung von Belastungen
und Spannungen, die durch den Druck des zu kühlenden Fluids verursacht werden, eine
größere Haltbarkeit
und Stabilität
besitzt.
-
Diese
Aufgabe wird durch einen Wärmetauscher
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Der
Wärmetauscher
für ein
Kraftfahrzeug weist einen Kernabschnitt zum Durchführen eines Wärmeaustausches
zwischen einem zu kühlenden Fluid
und einer Kühlluft,
einen ersten und einen zweiten Sammelbehälter, zwischen denen der Kernabschnitt
angeordnet ist und die jeweils mit Fluidkanälen des Kernabschnitts verbunden
sind, einen Fluideinlass, der mit einem der Sammelbehälter verbunden
ist, zum Zuführen
des zu kühlenden
Fluids von einem Einlassrohr zu dem Wärmetauscher und einen Fluidauslass,
der mit einem der Sammelbehälter
verbunden ist, zum Ausgeben des gekühlten Fluids aus dem Wärmetauscher
zu einem Auslassrohr auf. Erfindungsgemäß sind der Fluideinlass und/oder
der Fluidauslass über
einen Schlauchabschnitt aus einem elastischen Material mit dem jeweiligen
Sammelbehälter
verbunden.
-
Durch
die Verbindung des Fluideinlasses und/oder des Fluidauslasses über einen
flexiblen Schlauchabschnitt mit dem jeweiligen Sammelbehälter können die
im Bereich der Sammelbehälter
auftretenden Biegemomente aufgrund des umgelenkten Fluidstroms hohen
Drucks beseitigt werden. Die Stabilität des Wärmetauschers und damit auch
seine Lebensdauer können
so deutlich verbessert werden.
-
In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Mittelachse
der Verbindung zwischen dem Schlauchabschnitt und dem Sammelbehälter im Wesentlichen
parallel zu den Fluidverbindungen des Kernabschnitts ausgerichtet.
-
In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die Schlauchabschnitte
mittels Schlauchbinder, Schlauchklemmen, Schlauchschellen oder dergleichen
mit dem jeweiligen Sammelbehälter
und mit dem Einlassrohr bzw. dem Auslassrohr verbunden sein.
-
Die
vorliegende Erfindung ist vorteilhafterweise auf einen Ladeluftkühler als
Wärmetauscher anwendbar,
da bei diesem Wärmetauscher
sehr hohe Drücke
des zu kühlenden
Fluids auftreten.
-
Obige
sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der
nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten, nicht-einschränkenden
Ausführungsbeispiels
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
besser verständlich.
Darin zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung des Grundaufbaus eines Wärmetauschers
gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
-
2 eine
schematische Darstellung des Grundaufbaus eines herkömmlichen
Wärmetauschers.
-
In 1 ist
in schematischer und stark vereinfachter Weise der Grundaufbau eines
Wärmetauschers
gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt. Hierbei sind gleiche Bauteile und Komponenten
mit den gleichen Bezugsziffern wie bei dem oben beschriebenen herkömmlichen
Wärmetauscher
von 2 gekennzeichnet.
-
Der
Wärmetauscher 10,
zum Beispiel ein Ladeluftkühler
einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, besteht im Wesentlichen
aus einem Kernabschnitt 12, der zwischen einem ersten und
einem zweiten Sammelbehälter 14 und 16 angeordnet
ist. Der Kernabschnitt 12 weist mehrere parallele Rohre als
Fluidverbindungen/Fluidkanäle,
durch welche ein zu kühlendes
Fluid (hier z.B. Ladeluft) strömen
kann, und Freiräume
zwischen den Rohren, durch die eine Kühlluft 13 senkrecht
zu der Strömungsrichtung
des Fluids hindurch treten kann, auf. Die Rohre sind üblicherweise
mit Rippen in den Freiräumen
versehen, um die Wärmetauschfläche mit
der Kühlluft 13 zu
vergrößern. Die
Rohre des Kernabschnitts 12 ragen beidseitig in die jeweiligen
Sammelbehälter 14, 16, sodass
die Sammelbehälter 14 und 16 mit
den Fluidkanälen
des Kernabschnitts 12 in Fluidverbindung stehen.
-
Die
Sammelbehälter 14, 16 sind
mit einem Fluideinlass 18 und einem Fluidauslass 24 verbunden, über die
der Wärmetauscher 10 mit
einem Einlassrohr 22 zum Zuführen eines zu kühlenden
Fluids (hier z.B. Ladeluft von einem Turbolader) zu dem Wärmetauscher 10 bzw.
einem Auslassrohr 28 zum Ausgeben eines gekühlten Fluids
(hier z.B. gekühlte Ladeluft
zu dem Einlassrohr der Brennkraftmaschine) aus dem Wärmetauscher 10 verbunden
ist. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
ist der Fluideinlass 18 mit dem ersten Sammelbehälter 14 verbunden
und der Fluidauslass 24 ist mit dem zweiten Sammelbehälter 16 verbunden.
Die vorliegenden Erfindung ist aber nicht hierauf beschränkt, sondern kann
auch auf andere Wärmetauscher 10 angewendet
werden, bei denen zum Beispiel sowohl der Fluideinlass 18 als
auch der Fluidauslass 24 mit dem gleichen Sammelbehälter verbunden
sind oder mehrere Fluideinlässe
oder Fluidauslässe
vorgesehen sind.
-
Auf
eine detailliertere Beschreibung des Aufbaus und der Wirkungsweise
des Wärmetauschers 10 wird
an dieser Stelle verzichtet, da diese dem Fachmann wohlbekannt und
für die
vorliegende Erfindung nicht entscheiden sind.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist der Fluideinlass 18 über einen Schlauchabschnitt 20 aus einem
elastischen Material mit dem ersten Sammelbehälter 14 verbunden,
und der Fluidauslass 24 ist über einen Schlauchabschnitt 26 mit
dem zweiten Sammelbehälter 16 verbunden.
Dabei sind die Mittelachsen der Verbindungen zwischen den Schlauchabschnitten 20, 26 und
dem jeweiligen Sammelbehälter 14, 16 vorzugsweise
im Wesentlichen parallel zu den Fluidkanälen des Kernabschnitts 12 ausgerichtet.
-
Die
Verbindung der Schlauchabschnitte 20, 26 mit dem
jeweiligen Sammelbehälter 14, 16 und
mit dem Einlassrohr 22 bzw. dem Auslassrohr 28 erfolgt zum
Beispiel mittels Schlauchbindern, Schlauchklemmen, Schlauchschellen
oder dergleichen.
-
Die
oben beschriebene Erfindung beruht auf den folgenden Überlegungen
und Untersuchungen der Erfinder.
-
Bei
einem herkömmlichen
Wärmetauscher, wie
er eingangs beschrieben und stark vereinfacht in 2 dargestellt
ist, sind der Fluideinlass 18 und der Fluidauslass 24 über starre
Rohrverbindungen 30, 32 mit den Sammelbehältern 14, 16 verschweißt. Da, wie
in 1 und 2 dargestellt, die Einlass- und Auslassrohre 22, 28 im
Allgemeinen nicht parallel zu den Fluidverbindungen des Kernabschnitts 12 des Wärmetauschers 10 verlaufen,
sondern in einem (häufig
rechten) Winkel zu diesen angeordnet sind, entstehen bei hohen Drücken des
zu kühlenden
Fluids, wie sie zum Beispiel bei Ladeluftkühlern auftreten, im Bereich
dieser Rohrverbindungen 30, 32 hohe Biegemomente,
die zu großen
Spannungen an diesen (und auch anderen Stellen) des Wärmetauschers
führen
und damit die Haltbarkeit des Wärmetauschers
vermindern. Neben dem hohen Druck des zu kühlenden Fluids werden die Biegemomente
auch durch den großen
Abstand zwischen dem Fluideinlass und dem Fluidauslass beeinflusst.
-
Um
diese auftretenden Belastungen zu reduzieren, können grundsätzlich entweder die Biegemomente
reduziert oder der Druck des zu kühlenden Fluids vermindert werden.
Da eine Druckreduzierung des zu kühlenden Fluids zum Beispiel
im Fall eines Ladeluftkühlers
die Leistung der Brennkraftmaschine beeinträchtigen würde, sollen durch die vorliegende Erfindung
die Biegemomente beseitigt oder zumindest deutlich reduziert werden.
-
Dies
wird durch eine Trennung der Sammelbehälter 14, 16 von
dem Fluideinlass und -auslass 18, 24 in Form der
Schlauchabschnitte 20, 26 aus einem elastischen
Material erreicht. Die Schlauchabschnitte 20, 26 beeinträchtigen
nicht die Fluidströme in
den bzw. aus dem Wärmetauscher 10,
aber verhindern eine Übertragung
der Biegemomente auf die Verbindungspunkte der Sammelbehälter 14, 16.
Sind die Mittelachsen der Verbindungen zwischen den Schlauchabschnitten 20, 26 und
den jeweiligen Sammelbehältern 14, 16 im
Wesentlichen parallel zu den Fluidverbindungen des Kernabschnitts 12 ausgerichtet,
so kann an diesen Verbindungsstellen das Biegemoment sogar vollständig beseitigt
werden.
-
Durch
den erfindungsgemäßen Aufbau
können
die Belastungen aus einem Biegemoment an den Verbindungsstellen
der Sammelbehälter 14, 16 eliminiert
oder zumindest deutlich reduziert werden, wodurch die Haltbarkeit
und damit die Lebensdauer des so ausgebildeten Wärmetauschers 10 wesentlich
verbessert werden. Außerdem
ist die Montage des Wärmetauschers
vereinfacht.
-
Die
Erfindung ist selbstverständlich
nicht nur auf einen Ladeluftkühler
als Wärmetauscher
beschränkt.
Die Schlauchabschnitte können
grundsätzlich
bei allen Anwendungen und Arten von Wärmetauschern eingesetzt werden;
die erfindungsgemäße Konstruktion
ist aber insbesondere bei Wärmetauschern
mit zu kühlenden
Fluiden eines hohen Drucks von Vorteil.