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Die
Erfindung betrifft eine einstückige
Turbulenzeinlage für
einen Wärmetauscher,
insbesondere einen Kühler
eines Kraftfahrzeugs, mit einem im Wesentlichen wellenförmigen Profil,
wobei die Turbulenzeinlage mehrere Abschnitte mit sich in der gleichen Wellenausbreitungsrichtung
ausbreitenden Wellenprofilen aufweist, die quer zu der Wellenausbreitungsrichtung
versetzt zueinander angeordnet sind.
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Herkömmliche
Turbulenzeinlagen werden durch Walzen hergestellt. Aus der deutschen
Patentschrift
DE 197
09 601 C2 ist ein Öl/Kühlmittel-Kühler bekannt,
der aus mehreren parallel übereinander
angeordneten Platten besteht. Jede der Platten weist an zwei gegenüberliegenden
Rändern
jeweils eine Zu- und eine Abflussöffnung für ein Wärmetauschmedium auf. Die Platten
bilden zwischen sich jeweils Hohlkammern, in denen gewellte Turbulenzbleche
zur Erhöhung
der Wärmeübertragung
vorgesehen sind und die von je einem der an der Wärmeübertragung
beteiligten Medien durchflossen sind. Die Turbulenzbleche sind in
Abschnitte unterteilt, in denen eine unterschiedliche Ausrichtung
des Verlaufs der Wellungen vorliegt. Die Abschnitte sind durch schräg verlaufende
Trennschnitte gegeneinander abgesetzt. Die Turbulenzbleche sind
gewalzt, wobei die Walzrichtung in benachbarten Abschnitten jeweils
um einen vorgebbaren Winkel verdreht zu jener des benachbarten Abschnitts
ist. Die jeweiligen Zu- oder Abflussöffnungen eines der Wärmetauschmedien
sind so in den Abschnitten angeordnet, dass einer Strömung von
der Zuflussöffnung
unmittelbar in Richtung zu der Abflussöff nung ein größerer Widerstand
als in einer Richtung quer dazu entgegengesetzt wird, so dass eine
gleichmäßige Verteilung
der Strömung
in der zugeordneten Hohlkammer bewirkt ist. Die bekannten Turbulenzbleche
sind aus mehreren gewalzten Teilen zusammengesetzt, um Abschnitte
mit unterschiedlichen Wellenausbreitungsrichtungen zu schaffen.
Quer zur Walzrichtung entstehen torartige Öffnungen, die aber in benachbarten
Reihen unterschiedlich weit sind, so dass zwischen benachbarten
Toren in bekannter Weise jeweils schlitzartige Öffnungen entstehen, die eine Durchströmung nicht
nur quer durch die Tore, sondern auch in einer Richtung senkrecht
zu ermöglichen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine einstückige
Turbulenzeinlage für
einen Wärmetauscher,
insbesondere einen Kühler
eines Kraftfahrzeugs, mit einem im Wesentlichen wellenförmigen Profil,
wobei die Turbulenzeinlage mehrere Abschnitte mit sich in der gleichen
Wellenausbreitungsrichtung ausbreitenden Wellenprofilen aufweist,
die quer zu der Wellenausbreitungsrichtung versetzt zueinander angeordnet
sind, zu schaffen, die einen besseren thermodynamischen Wirkungsgrad
ermöglicht.
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Die
Aufgabe ist bei einer einstückigen
Turbulenzeinlage für
einen Wärmetauscher,
insbesondere einen Kühler
eines Kraftfahrzeugs, mit einem im Wesentlichen wellenförmigen Profil,
wobei die Turbulenzeinlage mehrere Abschnitte mit sich in der gleichen Wellenausbreitungsrichtung
ausbreitenden Wellenprofilen aufweist, die quer zu der Wellenausbreitungsrichtung
versetzt zueinander angeordnet sind, dadurch gelöst, dass die Turbulenzeinlage
mehrere Abschnitte mit sich in unterschiedlichen Wellenausbreitungsrichtungen
ausbreitenden Wellenprofilen aufweist. Durch die erfindungsgemäße Turbulenzeinlage
wird eine gezielte Verteilung eines Mediums innerhalb eines Strömungskanals
und/oder eine gezielte Versteifung eines Wärmetauschers bei lokal unterschiedlichen
Lastzuständen
entsprechend den lokalen Lasttensoren und/oder eine Optimierung
der thermodynamischen Leistung durch eine geeignet ausgeformte Rippenstruktur
in einzelnen oder allen Strömungskanälen eines
Wärmetauschers
ermöglicht.
Die erfindungsgemäße Turbulenzeinlage
wird in einem kombinierten Stanz- und Tiefziehprozess entweder ganz
oder segmentweise ausgeformt. Die Struktur der Turbulenzeinlage
kann auch als geschlossene Struktur ausgeformt sein. Dann kann der Stanzprozess
entfallen.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Turbulenzeinlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Turbulenzeinlage
mehrere rechteckförmige
Abschnitte mit sich in unterschiedlichen Wellenausbreitungsrichtungen
ausbreitenden Wellenprofilen aufweist. Dadurch wird eine Durchströmung eines
Strömungskanals
in unterschiedlichen Richtungen ermöglicht.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Turbulenzeinlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Turbulenzeinlage
von einer im Wesentlichen rechteckförmigen Platte gebildet wird,
die einen mittleren Bereich mit mehreren Abschnitten mit Wellenprofilen,
die sich quer zur Plattenlängsrichtung ausbreiten,
und zwei äußere Bereiche
mit mehreren Abschnitten mit Wellenprofilen umfasst, die sich in
einem Winkel zwischen 0 und 90 Grad zu einer Längsseite der Platte ausbreiten.
Die äußeren Bereiche sind
vorzugsweise an einem Mediumeinlass beziehungsweise an einem Mediumauslass
angeordnet. Daher werden die äußeren Bereiche
auch als Einlass- beziehungsweise Auslassbereich bezeichnet. Vorzugsweise
verläuft
die Strömung
am Einlass und am Auslass quer zur Plattenlängsrichtung. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung
der Ein- und Auslassbereiche wird eine strömungs- und wärmetechnisch optimierte
Lenkung der Strömung
zwischen Ein- beziehungsweise Auslassbereich und dem mittleren Bereich
ermöglicht.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Turbulenzeinlage ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die Wellenprofile
in den näher
an dem mittleren Bereich angeordneten Abschnitten der äußeren Bereiche
in einem größeren Winkel
zu einer Längsseite
der Platte ausbreiten als in den weiter außen angeordneten Abschnitten.
An den Enden der Platte sind die Wellenprofile vorzugsweise in einem Winkel
von zwischen 50 und 80 Grad zu der zugehörigen Längsseite der Platte angeordnet.
In der Nähe des
mittleren Bereichs sind die Wellenprofile vorzugsweise in einem
Winkel von 10 bis 40 Grad zu der zugehörigen Längsseite der Platte angeordnet.
Dadurch wird eine sanfte Umlenkung der Strömung von der Längsseite
der Platte zu dem mittleren Bereich hin ermöglicht.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Turbulenzeinlage ist dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel
zu einer Längsseite
der Platte, in dem sich die Wellenprofile in den äußeren Bereichen
der Platte ausbreiten, von dem mittleren Bereich nach außen hin
abnimmt. Dadurch wird eine sanfte Umlenkung der Strömung von
der Längsseite der
Platte zu dem mittleren Bereich hin ermöglicht.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Turbulenzeinlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Turbulenzeinlage
von einer im Wesentlichen rechteckförmigen Platte gebildet wird,
die einen mittleren Bereich mit mehreren Abschnitten mit Wellenprofilen,
die sich quer zur Plattenlängsrichtung ausbreiten,
und zwei äußere Bereiche
mit mehreren Abschnitten mit Wellenprofilen umfasst, die sich in Plattenlängsrichtung
ausbreiten. Quer zur Wellenlängsausrichtung
sind torartige Öffnungen
ausgebildet, die in benachbarten Bereichen unterschiedlich weit
sind, so dass zwischen benachbarten Toren jeweils schlitzartige Öffnungen
entstehen, die eine Durchströmung
nicht nur quer durch die Tore, sondern auch in einer Richtung senkrecht
dazu ermöglichen.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Turbulenzeinlage ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den
sich quer und längs
ausbreitenden Wellenprofilabschnitten Umlenkabschnitte ausgebildet
sind. In den Umlenkabschnitten wird die Strömung um 90 Grad umgelenkt.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Turbulenzeinlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkabschnitte
in den äußeren Bereichen
der Platte diagonal angeordnet sind. Dadurch wird die Bildung von
Totwassergebieten verringert.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Turbulenzeinlage ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die Wellenausbreitungsrichtung
in den Umlenkabschnitten um 90 Grad ändert. Der Übergangsbereich ist vorzugsweise
gerundet ausgebildet.
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Bei
einem Kraftfahrzeugkühler,
insbesondere einem Abgaskühler
eines Nutzkraftfahrzeugs, ist die oben angegebene Aufgabe durch
die Verwendung einer vorab beschriebenen Turbulenzeinlage gelöst.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung
verschiedene Ausführungsbeispiele
im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und
in der Beschreibung erwähnten Merkmale
jeweils einzeln für
sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines Abgaskühlers eines Nutzkraftfahrzeugs;
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2 eine
perspektivische Darstellung einer Turbulenzeinlage gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel;
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3 die
Ansicht eines Schnitts durch die Turbulenzeinlage aus 1 in
halber Höhe;
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4 eine
Turbulenzeinlage in der Draufsicht gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und
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5 die
Ansicht eines Schnitts durch die Turbulenzeinlage aus 4 in
halber Höhe.
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In 1 ist
ein Abgaskühler 1 eines
Nutzkraftfahrzeugs perspektivisch dargestellt. Der Abgaskühler 1 umfasst
ein Kühlergehäuse 2,
das im Wesentlichen die Gestalt eines länglichen Quaders aufweist.
An der Oberseite des Kühlergehäuses 2 sind ein
Kühlmitteleinlassstutzen 3 und
ein Kühlmittelauslassstutzen 4 angebracht.
An den Stirnseiten des Kühlergehäuses 2 sind
ein Abgaseinlassstutzen 6 und ein Abgasauslassstutzen 7 angebracht.
Durch den Abgasseinlassstutzen 6 kann Abgas in das Kühlergehäuse 2 eintreten,
das durch eine Vielzahl von Abgasströmungskanälen in Längsrichtung des Kühlergehäuses 2 zu
dem Abgasauslassstutzen 7 geführt wird. Zwischen zwei im
Wesentlichen plattenförmigen
Abgasströmungskanälen ist
jeweils ein im Wesentlichen plattenförmiger Kühlmittelströmungskanal angeordnet. Der
Verlauf der Kühlmittelströmungskanäle in dem
Kühlergehäuse 2 ist
durch Pfeile 11 bis 14 angedeutet. Das Kühlmittel
dient dazu, das durch das Kühlergehäuse 2 hindurch
geleitete Abgas des Nutzkraftfahrzeugs abzukühlen. Der Bereich, in dem die
Strömung
im Wesentlichen in Längsrichtung durch
das Kühlergehäuse 2 verläuft, wird
auch als mittlerer Bereich bezeichnet. Der mittlere Bereich wird
nach außen
hin durch einen Einlassbereich und einen Auslassbereich begrenzt.
In dem Einlassbereich muss die Strömung, wie durch Pfeile 18 angedeutet
ist, um 90 Grad umgelenkt werden. In ähnlicher Weise muss die Strömung in
dem Auslassbereich um 90 Grad umgelenkt werden, wie durch Pfeile 19 angedeutet
ist. In 1 besteht an zwei Stellen 22 eine
erhöhte
Gefahr, dass sich Totwassergebiete bilden. Unter anderem um die
Bildung solcher Totwassergebiete zu verhindern, sind in den Strömungskanälen Turbulenzeinlagen
angeordnet.
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In
den 2 und 3 ist eine erfindungsgemäße Turbulenzeinlage 24 gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
perspektivisch und im Schnitt dargestellt. Die Turbulenzeinlage 24 ist
aus einer rechteckförmigen
Platte in einem Stück
aus Aluminiumblech gebildet. An einem Ende der Turbulenzeinlage 24 ist
ein im Wesentlichen dreieckiger Einlassbereich 25 ausgebildet.
In dem Einlassbereich 25 sind sechs rechteckige Wellenprofilabschnitte 27 bis 32 nebeneinander
angeordnet. Die Wellenprofilabschnitte 34 bis 38 sind
in Längsrichtung
der Turbulenzeinlage 24 gewellt. Der Wellenprofilabschnitt 27 umfasst
fünf Wellenberge 34 bis 38,
die im gleichen Abstand zueinander angeordnet sind. Der Wellenprofilabschnitt 28 umfasst
fünf Wellenberge,
die gegenüber
den Wellenbergen des Wellenprofilabschnitts 27 versetzt
angeordnet sind. Der Wellenprofilabschnitt 29 umfasst drei
Wellenberge, die gegenüber
den Wellenbergen des Wellenprofilabschnitts 28 versetzt angeordnet
sind. Der Wellenprofilabschnitt 30 umfasst drei Wellenberge,
die gegenüber
den Wellenbergen des Wellenprofilabschnitts 29 versetzt
angeordnet sind. Die Wellenprofilabschnitte 31 und 32 umfassen
jeweils einen Wellenberg, der versetzt zu dem oder den benachbarten
Wellenbergen angeordnet ist. Die Wellenprofile der Wellenprofilabschnitte 27 bis 32 sind
an beiden Seiten offen, so dass sie quer zur Plattenlängsrichtung
durchströmt
werden können.
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In
der Mitte der Platte erstreckt sich ein mittlerer Bereich 40,
in dem eine Vielzahl von rechteckigen Wellenprofilabschnitten 41 bis 45 quer
zur Plattenlängsrichtung
angeordnet sind. Die Wellenprofile der Wellenprofilabschnitte 41 bis 45 breiten
sich quer zur Plattenlängsrichtung
aus und sind versetzt zueinander angeordnet. Durch eine Schnittlinie 47 ist
angedeutet, dass der mittlere Bereich 40 deutlich größer ist
als es in den 2 und 3 dargestellt
ist. Der mittlere Bereich 40 hat im Wesentlichen die Gestalt
eines gleichschenkligen Trapezes.
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Zwischen
dem Einlassbereich 25 und dem mittleren Bereich 40 ist
ein im Wesentlichen diagonal angeordneter Umlenkbereich 50 vorgesehen.
Der Umlenkbereich 50 umfasst eine Vielzahl von Umlenkabschnitten 52 bis 55,
in denen die Strömung
von dem Einlassbereich 25 zu dem mittleren Bereich 40 um
90 Grad umgelenkt wird.
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An
dem dem Einlassbereich 25 entgegengesetzen Ende der Turbulenzeinlage 24 ist
ein Auslassbereich 60 vorgesehen, der symmetrisch zu dem
Einlassbereich 25 ausgebildet ist. Zwischen dem Auslassbereich 60 und
dem mittleren Bereich 40 ist ein Umlenkbereich 65 vorgesehen,
der eine Vielzahl von Umlenkabschnitten 66 bis 68 aufweist,
und symmetrisch zu dem Umlenkbereich 50 ausgebildet ist.
Die zugehörige
Symmetrieachse verläuft
quer durch die Mitte der Turbulenzeinlage 24.
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In
den 4 und 5 ist eine Turbulenzeinlage 70 in
zwei verschiedenen Ansichten dargestellt. Die Turbulenzeinlage 70 ist
aus einem Stück Aluminiumblech
gebildet und hat die Form eines Rechtecks. Die Turbulenzeinlage 70 ist
in einen Einlassbereich 71, einen mittleren Bereich 72 und
einen Auslassbereich 73 unterteilt. Der Einlassbereich 71 umfasst
eine Vielzahl von Wellenprofilabschnitten 75 bis 80,
welche die Form von Rechtecken aufweisen. Die Wellenprofilabschnitte 75 bis 80 umfassen
jeweils zwei Wellenberge, die in einem Abstand 82 zueinander
angeordnet sind. Die Wellen in dem Wellenprofilabschnitt 75 breiten
sich etwa in einem Winkel von 65 Grad zu einer Längsseite der Turbulenzeinlage 70 aus.
Die Wellen des Wellenprofilabschnitts 80 breiten sich etwa
in einem Winkel von 30 Grad zu der zugehörigen Längsseite der Turbulenzeinlage 70 aus.
Dazwischen verringert sich der Winkel der Wellenausbreitungsrichtung
zu der Längsseite
der Turbulenzeinlage 70 von außen zu dem mittleren Bereich 72 hin.
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Der
mittlere Bereich 72 umfasst drei Wellenprofilabschnitte 84 bis 86,
die rechteckig ausgebildet sind. Die Wellen breiten sich in den
Wellenprofilabschnitten 84 bis 86 quer zur Plattenlängsrichtung aus.
Die Wellenberge der Wellenprofilabschnitte 84 bis 86 sind
versetzt zueinander angeordnet. Die Turbulenzeinlage 70 ist,
bezogen auf eine Symmetrieachse quer durch die Mitte der Turbulenzeinlage 70, symmetrisch
ausgebildet.