DE102007044742A1

DE102007044742A1 - Wärmeübertrager insbesondere eines Kraftfahrzeuges mit einem Kühlmittelkasten für ein Kühlmittel

Info

Publication number: DE102007044742A1
Application number: DE102007044742A
Authority: DE
Inventors: Volker Kurz; Werner Helms; Franco Ghiani; Hicham Rouhana; Haymo BRÖDER
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2007-09-18
Filing date: 2007-09-18
Publication date: 2009-04-23

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager insbesondere eines Kraftfahrzeuges mit einem Kühlmittelkasten, bei welchem der Kühlmittelkasten in eine Haupttemperaturkammer und in eine Niedertemperaturkammer unterteilt ist, und zwischen der Haupttemperaturkammer und der Niedertemperaturkammer eine Trennwand angeordnet ist, mittels welcher die beiden Kammern räumlich voneinander getrennt sind, und sich der Wärmeübertrager dadurch auszeichnet, dass die Haupttemperaturkammer und die Niedertemperaturkammer beabstandet voneinander angeordnet sind, wodurch kritische Spannungen in Kühlrohren des Wärmeübertragers verringert beziehungsweise idealerweise vermieden werden können.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager insbesondere eines Kraftfahrzeuges mit einem Kühlmittelkasten für Kühlmittel, bei welchem der Kühlmittelkasten in eine Haupttemperaturkammer und in eine Niedertemperaturkammer unterteilt ist, und zwischen der Haupttemperaturkammer und der Niedertemperaturkammer eine Trennwand angeordnet ist, mittels welcher die beiden Kammern räumlich voneinander getrennt sind.
Derartige Wärmeübertrager sind auch aus dem Kraftfahrzeugbereich gut bekannt und dienen primär dazu, ein Kühlmittel beispielsweise eines Verbrennungsmotors zu kühlen, indem der Wärmeübertrager mittels Kühlrippen überschüssige Wärmeenergie von Kühlmittel durchströmten Kühlrohren an die Umgebung des Wärmeübertragers abgeben kann.
Ein solcher Wärmeübertrager ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 101 58 436 A1 bekannt. Der dort gezeigte Wärmeübertrager besteht im Wesentlichen aus einem Kühlblock, der zwischen zwei seitlich angeordneten Kühlblockböden verlaufende Kühlrohre umfasst, wobei die Kühlrohre beabstandet zueinander in bzw. an den Kühlblockböden befestigt sind. Hierbei durchstoßen die jeweiligen Kühlrohrenden die Kühlblockböden, so dass von einer ersten Kühlblockseite zu einer zweiten Kühlblockseite ein Kühlmittel die Kühlrohre durchströmen kann. Damit die Kühlrohre auf baulich einfache Weise mit dem Kühlmittel durchströmt werden können, umfasst der Wärmeübertrager weiter Kühlmittelkästen. Die Kühlmittelkästen sind an Kühlblockböden des Wärmeübertragers befestigt.
Zwischen den beiden Kühlblockböden des Wärmeübertragers einerseits und den einzelnen Kühlrohren andererseits sind Kühlrippen vorgesehen, mittels welchen Wärmeenergie von dem die Kühlrohre durchströmenden Kühlmittel aufgenommen und an die Umgebung des Wärmeübertragers abgegeben werden kann. Bekanntermaßen wird hierzu der Wärmeübertrager, insbesondere der Kühlblock, in geeigneter Weise mit Kühlluft aus der Umgebung durchströmt.
Einer der beiden Kühlmittelkästen umfasst darüber hinaus einen Kühlmitteleinlauf, der beispielsweise mit einem Verbrennungsmotornachlaufkanal verbunden sein kann, so dass erhitztes Kühlmittel des Motors in den Wärmeübertrager einlaufen kann. Mittels des Wärmeübertragers herunter gekühltes Kühlmittel kann über einen Kühlmittelablauf eines weiteren der beiden Kühlmittelkästen in einen Verbrennungsmotorvorlaufkanal strömen und an einem Verbrennungsmotor zur Kühlung bereitgestellt werden.
Nun verhält es sich so, dass immer häufiger, insbesondere im Bereich von Kraftfahrzeugen, neben dem vorstehend beschriebenen Wärmeübertrager auch Niedertemperaturkühler zur Kühlung von motornahe sitzenden Wärmeabfuhreinrichtungen verwendet werden. Bei solchen motornahe sitzenden Wärmeabfuhreinrichtungen kann es sich beispielsweise um einen indirekten Ladeluft-Kühlmittelkühler handeln, der jedoch auf Grund seiner Motornähe nicht oder nur unzureichend mit Kühlluft versorgt werden kann.
Um nun einen in diesem Zusammenhang verwendeten Niedertemperaturkühler ebenfalls von Kühlluft durchströmen lassen zu können, werden solche Niedertemperaturkühler oftmals zusammen mit einem Haupttemperaturkühler in einem gemeinsamen Wärmeübertrager eines Kraftfahrzeuges bereitgestellt.
Somit kann ein Wärmeübertrager einerseits mit einem Haupttemperaturkühler zum Kühlen eines Verbrennungsmotors und mit einem Niedertemperaturkühler zum Kühlen von Wärmeabfuhreinrichtungen eines Nebenaggregates, wie beispielsweise eines Turboladers, ausgestattet werden.
Damit nun unterschiedlich temperierte Kühlmittel im Bereich eines Kühlmittelkastens eines Wärmeübertragers getrennt voneinander vorliegen können, kann der Kühlmittelkasten mittels einer Trennwand in eine Haupttemperaturkammer und in eine Niedertemperaturkammer unterteilt werden, wodurch auch der Wärmeübertrager, und insbesondere der Kühlblock, in einen Haupttemperaturkühlbereich und in einen Niedertemperaturkühlbereich unterteilt werden kann. Ein mittels einer Trennwand unterteilter Kühlmittelkasten hat zudem den Vorteil, dass lediglich eine gemeinsame Kühlmittelpumpe verwendet werden kann, da das Kühlmittel lediglich einen Kühlmittelkreislauf an einem Kraftfahrzeug durchläuft.
Als nachteilig an einem Wärmeübertrager mit insbesondere einem zweigeteilten Kühlmittelkasten mit einer Haupttemperaturkammer und mit einer Niedertemperaturkammer hat sich heraus gestellt, dass unmittelbar in einem Trennbereich „Haupttemperaturkammer/Niedertemperaturkammer" angeordnete Kühlrohre durch besonders hohe Spannungen extrem belastet werden und schneller Defekte erleiden können als weiter von dem Trennbereich entfernt angeordnete Kühlrohre. Diese Defekte können Risse in den Kühlrohren verursachen, so dass Kühlmittel aus dem Wärmeübertrager in die Umgebung austreten kann, wodurch der Wärmeübertrager unbrauchbar wird.
Die Höhe der in den Kühlrohren auftretenden Spannungen kann neben der Bauteilgeometrie und der Art der Durchströmung des Wärmeübertragers auch von den auftretenden Temperaturdifferenzen, der Zyklenzahl und Zyklenlänge der Temperaturwechsel und dem Gradienten des Temperaturanstiegs abhängen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Intensität von auftretenden Spannungen an Kühlrohren eines Wärmeübertragers zu reduzieren, welche insbesondere in einem Trennbereich einer Haupttemperaturkammer und einer Niedertemperaturkammer eines Kühlmittelkastens angeordnet sind.
Die Aufgabe der Erfindung wird von einem Wärmeübertrager insbesondere eines Kraftfahrzeuges mit einem Kühlmittelkasten für Kühlmittel gelöst, bei welchem der Kühlmittelkasten in eine Haupttemperaturkammer und in eine Niedertemperaturkammer unterteilt ist, und zwischen der Haupttemperaturkammer und der Niedertemperaturkammer eine Trennwand angeordnet ist, mittels welcher die beiden Kammern räumlich voneinander getrennt sind, und der Wärmeübertrager sich dadurch auszeichnet, dass die Haupttemperaturkammer und die Niedertemperaturkammer beabstandet voneinander angeordnet sind.
Durch die voneinander beabstandete Haupttemperaturkammer und Niedertemperaturkammer unterscheidet sich der vorliegende Wärmeübertrager von herkömmlichen Wärmeübertragern, da bisher die Haupttemperaturkammer und die Niedertemperaturkammer unmittelbar aneinander grenzen, da zwischen ihnen lediglich eine gemeinsame Trennwand angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist dies nicht mehr so, da nun die Haupttemperaturkammer und die Niedertemperaturkammer beabstandet voneinander angeordnet sind.
Vorteilhafter Weise sind Kühlrohre, welche der Haupttemperaturkammer oder welche der Niedertemperaturkammer zugeordnet werden können, weiter von einander entfernt angeordnet, so dass selbst große Temperaturunterschiede von in den Kammern einströmenden Kühlmitteln keinen oder nur einen vernachlässigbar geringen negativen Einfluss hinsichtlich auftretender Spannungen in den unterschiedlich warmen Kühlrohren haben.
Auf Grund des größeren Abstandes wird das kühlere der beiden sich nächstliegend gegenüber liegenden Haupttemperaturrohre bzw. Niedertemperaturrohre weniger stark durch Druckbeanspruchung belastet und das wärmere dieser beiden Kühlrohre wird beispielsweise weniger durch Zugbeanspruchung belastet. Auch sind die unterschiedlich erhitzten Kühlrohre weniger durch Biegebeanspruchung belastet, da sich ein Rohrboden des Wärmeübertragers weniger stark auf Grund einer geringeren Längenänderungsdifferenz der unterschiedlich erwärmten Kühlrohre durchbiegen kann.
Ein Zustandekommen solcher großen Temperaturunterschiede zwischen einem Kühlmittel in der Haupttemperaturkammer und einem Kühlmittel in der Niedertemperaturkammer eines gemeinsamen Kühlmittelkastens wird nachfolgend am Beispiel eines indirekten Ladeluftkühlers an einem Verbrennungsmotor beschrieben.
In eine Haupttemperaturkammer eines ersten Kühlmittelkastens eines Wärmeübertragers strömt zu kühlendes Kühlmittel ein und durchströmt Kühlrohre (Haupttemperaturrohre) eines Kühlblocks des Wärmeübertragers bis es in einen weiteren Kühlmittelkasten des Wärmeübertragers gelangt. Dort kann ein Teil des herunter gekühlten Kühlmittels für einen Hauptkühlkreislauf eines Verbrennungsmotors entnommen werden. Ein weiterer Teil des Kühlmittels, welches für einen Niedertemperaturkreislauf bestimmt ist, durchströmt auf einer anderen Ebene des Kühlblocks weitere Kühlrohre (Niedertemperaturrohre) und kann hierbei weiter herunter gekühlt werden. Das so weiter herunter gekühlte Kühlmittel gelangt in eine Niedertemperaturkammer des ersten Kühlmittelkastens und kann von dort für den Niedertemperaturkreislauf entnommen werden.
Vorteilhafter Weise sind die Haupttemperaturkammer und die Niedertemperaturkammer des ersten Kühlmittelkastens beabstandet voneinander angeordnet, so dass eine Temperaturdifferenz zwischen dem in die Haupttemperaturkammer einströmenden Kühlmittel und dem in die Niedertemperaturkammer einströmenden kühleren Kühlmittel im Bereich der beabstandeten Kammern des ersten Kühlmittelkastens weniger Spannungen in unmittelbar benachbarten Haupttemperaturkühlrohren und Niedertemperaturkühlrohren hervorruft.
Eine derartige Beabstandung kann auf vielfältige Weise erzielt werden und wird nachfolgend noch erläutert.
Es versteht sich, dass es sich bei der vorstehend erläuterten Verschaltung der Kühlkreisläufe um ein erstes Beispiel handelt und ein Wärmeübertrager funktionell anders aufgebaut sein kann, solange eine Haupttemperaturkammer und eine Niedertemperaturkammer eines gemeinsamen Kühlmittelkastens voneinander beabstandet angeordnet sind.
Sind die Haupttemperaturkammer und die Niedertemperaturkammer, wie noch im Stand der Technik vorgesehen, nämlich unmittelbar nebeneinander angeordnet und sind die Haupttemperaturkammer und die Niedertemperaturkammer lediglich durch eine gemeinsame Trennwand räumlich voneinander getrennt, können sich Haupttemperaturrohre schneller und vor allem mehr ausdehnen als vorhandene Niedertemperaturrohre auf der Seite der Niedertemperaturkammer. Hierdurch werden die Niedertemperaturrohre unvorteilhaft gestaucht.
Hinzu kommt noch, dass sich der Rohrboden durch die unterschiedlichen Temperaturverhältnisse zusätzlich verbiegen kann, was oftmals zu einer zusätzlichen Biegebeanspruchung der benachbarten Kühlrohre und des Rohrbodens führt.
Diese zusätzlichen Belastungen des Wärmeübertragers mit einem Haupttemperaturkühlbereich und einem Niedertemperaturkühlbereich können schneller zu Rissen an den Kühlrohren führen als bei Wärmeübertragern, die lediglich mit einem Haupttemperaturkühler ausgestattet sind.
Sind jedoch die Haupttemperaturkammer und die Niedertemperaturkammer beabstandet voneinander angeordnet, gelingt es, den negativen Einfluss der Temperaturdifferenz und damit kritische Spannungen in den betroffenen Kühlrohren des Wärmeübertragers zu reduzieren beziehungsweise zu unterbinden.
Als „Kühlmittelkasten" eignet sich jede Einrichtung, mittels welcher ein Kühlmitteleinlauf und/oder ein Kühlmittelablauf an einem Kühlblock eines Wärmetauschers realisiert werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch von einem Wärmeübertrager insbesondere eines Kraftfahrzeuges mit einem Kühlmittelkasten für Kühlmittel gelöst, bei welchem der Kühlmittelkasten in eine Haupttemperaturkammer und in eine Niedertemperaturkammer unterteilt ist, mit zueinander beabstandeten Kühlrohren, die in Haupttemperaturkühlrohre, welche mit ihren Enden in die Haupttemperaturkammer münden, und in Niedertemperaturkühlrohre, welche mit ihren Enden in die Niedertemperaturkammer münden, unterschieden werden können, wobei sich der Wärmeübertrager dadurch auszeichnet, dass die Haupttemperaturkühlrohre und die Niedertemperaturkühlrohre, welche nächstliegend zueinander angeordnet sind, einen Trennabstand zueinander aufweisen, der größer ist als ein Abstand, mit welchen die übrigen Kühlrohre zueinander angeordnet sind.
Durch diese weite Beabstandung der Haupttemperaturkühlrohre und der Niedertemperaturkühlrohre können sich selbst größere Temperaturdifferenzen zwischen einem Kühlmittel in der Haupttemperaturkammer und einem Kühlmittel in der Niedertemperaturkammer weniger negativ Haupttemperaturrohre bzw. Niedertemperaturrohre auswirken.
Eine bevorzugte Ausführungsvariante sieht vor, dass zwischen der Haupttemperaturkammer und der Niedertemperaturkammer ein Trennabstand vorhanden ist, der gleich oder idealerweise größer als ein Kühlrohrabstand zwischen zwei Kühlrohren des Wärmetauschers ist. Hierdurch kann betriebssicher gewährleistet werden, dass unterschiedlich temperierte Kühlmittel im Bereich des Kühlmittelkastens genügend weit voneinander entfernt angeordnet sind.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante sieht vor, dass zwischen der Haupttemperaturkammer und der Niedertemperaturkammer ein kühlmittelfreier Bereich angeordnet ist. Hierdurch ergibt sich eine vorteilhafte und gute Isolierung im Bereich der Einlaufeinrichtung.
Um hinsichtlich des Kühlmittelkastens insbesondere ein möglichst geringes Gewicht erzielen zu können, ist es vorteilhaft, wenn zwischen der Haupttemperaturkammer und der Niedertemperaturkammer mehr als eine Trennwand angeordnet ist.
Eine erste Ausführungsvariante hierzu sieht vor, dass zumindest eine der Trennwände von einem Kammergehäuse einer Haupttemperaturkammer und/oder einer Niedertemperaturkammer, insbesondere von einer Gehäusewand eines Kammergehäuses, gebildet ist. Hierdurch ist eine Trennwand konstruktiv einfach bereit gestellt.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die Haupttemperaturkammer ein erstes Kammergehäuse des Kühlmittelkastens und die Niedertemperaturkammer ein weiteres Kammergehäuse des Kühlmittelkastens umfasst. Insbesondere lassen sich hierdurch eine Haupttemperaturkammer und eine Niedertemperaturkammer auch unabhängig voneinander an dem Wärmeübertrager montieren und demontieren.
Um die Befestigung insbesondere der beiden Gehäuse des Kühlmittelkastens zu vereinfachen, ist es vorteilhaft, wenn zwei benachbarte Trennwände mittels eines gemeinsamen Befestigungsmittels an einem Rohrboden für Kühlrohre eines Wärmeübertragerblocks befestigbar sind.
Eine mögliche Ausführungsvariante sieht in diesem Zusammenhang vor, dass der Kühlmittelkasten zwei Trennwände umfasst, zwischen denen ein kühlmittelfreier Raum angeordnet ist. Beispielsweise kann der Kühlmittelkasten zum beabstandeten Trennen der Haupttemperaturkammer und der Niedertemperaturkammer zwei Trennstege aufweisen.
Eine Wärmeübertragung zwischen einem Haupttemperaturkühlbereich des Wärmeübertragers und einem Niedertemperaturkühlbereich des Wärmeübertragers kann besonders gut unterbunden werden, wenn der Kühlmittelkasten an einem Rohrboden für Kühlrohre eines Wärmeübertragerblocks angeordnet ist, und der Rohrboden im Bereich einer Trennwand zwischen der Haupttemperaturkammer und der Niedertemperaturkammer der Kühlmittelkasten geteilt ist.
Damit der Wärmeübertragerblock insbesondere an seinem Rohrboden gegenüber dem Kühlmittelkasten gut und dauerhaft abgedichtet werden kann, ist es vorteilhaft, wenn der Rohrboden im Bereich einer Trennwand eine Bodensicke für ein Dichtungsmittel aufweist.
Damit darüber hinaus verhindert werden kann, dass Kühlmittel im Bereich des Trennabstandes zwischen der Haupttemperaturkammer und der Niedertemperaturkammer nicht aus Kühlrohren gelangen kann, die nicht in eine der Kammern münden, ist es vorteilhaft, wenn Kühlrohre des Wärmeübertragers im Bereich eines Trennabstands zwischen der Haupttemperaturkammer und der Niedertemperaturkammer und/oder eines kühlfreien Raumes an ihren Enden verschlossen sind.
Es versteht sich, dass der vorliegende Kühlmittelkasten vielfältig an einem Wärmeübertrager realisiert sein kann. So kann der Kühlmittelkasten fest, aber lösbar an dem Wärmeübertrager insbesondere an einem Rohrboden im Bereich des Wärmeübertragerblocks befestigt sein. Genauso ist es alternativ möglich, dass der Kühlmittelkasten unlösbar in dem Wärmeübertrager integriert ist.
Sehr kostengünstig kann der Kühlmittelkasten bereitgestellt werden, wenn der Kühlmittelkasten aus Kunststoff hergestellt ist. Darüber hinaus lässt sich der Kühlmittelkasten mittels eines Kunststoff-Spritzverfahrens nahezu beliebig gestalten.
Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung anliegender Zeichnung erläutert, in welcher Wärmeübertrager mit unterschiedlich ausgebildeten Einlaufeinrichtungen dargestellt sind.
Es zeigt
1 schematisch eine Ansicht eines Wärmeübertragers eines Kraftfahrzeuges mit einem vom einem Niedertemperaturkühlerbereich getrennten Haupttemperaturkühlerbereich und mit einem Kühlmittelkasten, welcher ein Haupttemperaturkammergehäuse mit einem Haupttemperaturkühlmitteleinlauf und welche ein Niedertemperaturkammergehäuse mit einem Niedertemperaturkühlmittelauslauf umfasst,
2 schematisch eine Ansicht eines weiteren Wärmeübertragers mit einem alternativ ausgebildeten Kühlblock mit Haupttemperaturkühlrohre und mit Niedertemperaturkühlrohre sowie mit einem Kühlmittelkasten mit voneinander beabstandeten Haupttemperaturkammer und Niedertemperaturkammer,
3 schematisch eine erste Detailansicht eines Trennabstandbereiches zwischen einer Haupttemperaturkammer und einer Niedertemperaturkammer mit einem geteilten Rohrboden,
4 schematisch eine weitere Detailansicht eines alternativ ausgebildeten Trennabschnittbereiches zwischen einer Haupttemperaturkammer und einer Niedertemperaturkammer, und
5 schematisch eine Detailansicht eines Trennabstandbereiches an einem Wärmeübertrager mit einem Kühlmittelkastengehäuse, welches zwei voneinander beabstandete Trennwänden umfasst.
Der in der 1 gezeigte Wärmeübertrager 1 kann in einem Kraftfahrzeug (hier nicht dargestellt) eingesetzt und im Zusammenhang mit einem Verbrennungsmotor (hier nicht dargestellt) betrieben werden und weist einen Haupttemperaturkühler 2 und einen Niedertemperaturkühler 3 auf. Der Wärmeübertrager 1 umfasst des Weiteren einen ersten Kühlmittelkasten 4, welcher aus einer Haupttemperaturkammer 5 und einer Niedertemperaturkammer 6 besteht, und einen zweiten Kühlmittelkasten 7, welcher aus einer weiteren Haupttemperaturkammer 8 und einer weiteren Niedertemperaturkammer 9 besteht.
Die Haupttemperaturkammer 5 des ersten Kühlmittelkastens 4 weist ein Haupttemperaturkammergehäuse 10 mit einem Haupttemperaturkühlmitteleinlauf 11 auf. Der Haupttemperaturkammereinlauf 11 kann mit einem Verbrennungsmotorkühlmittelkanalnachlauf (hier nicht gezeigt) verbunden werden.
Die Niedertemperaturkammer 6 des ersten Kühlmittelkastens 4 weist entsprechend ein Niedertemperaturkammergehäuse 12 mit einem Niedertemperaturkammerablauf 13 auf. Der Niedertemperaturkammerablauf 13 kann mit einem Kühlmittelkanalvorlauf (hier nicht gezeigt) eines Motornebenaggregates (hier nicht gezeigt) verbunden sein.
Entsprechend des ersten Kühlmittelkastens 4 weisen die weitere Haupttemperaturkammer 8 des zweiten Kühlmittelkastens 7 ein Haupttemperaturkammergehäuse 14 mit einem Haupttemperaturkammerablauf 15 auf, mittels welchem der Wärmeübertrager 1 an einem Verbrennungsmotorkühlmittelkanalvorlauf (hier nicht gezeigt) angeschlossen werden kann.
Die weitere Niedertemperaturkammer 9 umfasst entsprechend ein weiteres. Niedertemperaturkammergehäuse 16. Dieses weitere Niedertemperaturkammergehäuse 16 umfasst einen Auslassstutzen 17, der an einen Einlassstutzen 18 des weiteren Haupttemperaturkammergehäuses 14 angeschlossen ist. Der Auslassstutzen 17 und der Einlassstutzen 18 bilden gemeinsam eine Schnellverschlusskupplung 19, über welche die weitere Haupttemperaturkammer 8 und die weitere Niedertemperaturkammer 9 räumlich miteinander verbindbar sind, so dass im Bereich des zweiten Kühlmittelkastens 7 des Wärmeübertragers 1 Kühlmittel von der weiteren Haupttemperaturkammer 8 in die weitere Niedertemperaturkammer 9 strömen und von dort den Wärmeübertrager 1 ein zweites Mal durchströmen kann.
Das Haupttemperaturkammergehäuse 10 und das Niedertemperaturkammergehäuse 12 sind mittels einer Clipverbindung 20 als Loslager miteinander verbunden, so dass der Haupttemperaturkühler 2 und der Niedertemperaturkühler 3 einerseits über die Schnellverschlusskupplung 19 und andererseits über die Clipverbindung 20 miteinander fest, aber lösbar verbunden sind und gemeinsam den Wärmeübertrager 1 bilden. Die Clipverbindung 20 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit einem ersten Clipteil 20A und einem zweiten Clipteil 20B, die miteinander verrastet werden können, ausgestattet.
Die Haupttemperaturkammer 5 und die Niedertemperaturkammer 6 sind hierdurch um einen Trennabstand 21 voneinander räumlich getrennt angeordnet. Hierbei bildet das Haupttemperaturkammergehäuse 10 eine erste Trennwand 22 des ersten Kühlmittelkastens 4 und das Niedertemperaturkammergehäuse 12 eine zweite Trennwand 23 des ersten Kühlmittelkastens 4.
Zwischen den beiden beabstandeten Kammern 5 und 6 ist somit an dem Wärmeübertrager 1 ein kühlmittelfreier Bereich 24 geschaffen.
Auf Grund der vorliegenden konstruktiven Gestalt des Wärmeübertragers 1, gelingt es, Kühlkanäle 25 (hier nur beispielhaft durch Niedertemperaturkühlkanäle des Niedertemperaturkühlers 3 illustriert) eines Haupttemperaturkühlblocks 26 des Haupttemperaturkühlers 2 und eines Niedertemperaturkühlblocks 27 des Niedertemperaturkühlers 3 weiter als bisher bekannt voneinander zu beabstanden.
Damit Wärmeenergie eines die Kühlrohre 25 durchströmenden Kühlmittels gut an die Umgebung 28 des Wärmeübertragers abgegeben werden kann, sind zwischen den Kühlrohren 25 Kühlrippen 29 vorgesehen.
Vorteilhafter Weise können sich auf Grund der weiter voneinander beabstandeten Kühlrohre 25 des Niedertemperaturkühlblocks 27 und des Haupttemperaturkühlblocks 26 Temperaturunterschiede im Haupttemperaturkühler 2 und im Niedertemperaturkühler 3 nicht oder wenn überhaupt nur vernachlässigbar gering auf die Kühlrohre 25 auswirken, so dass wesentlich weniger Spannungen an direkt benachbarten Kühlrohren 25 insbesondere im kühlmittelfreien Bereich 24 auftreten können.
Der in der 2 gezeigte Wärmeübertrager 101 umfasst einen Kühlblock 135, an dessen erster Seite 136 ein erster Kühlmittelkasten 104 und an dessen zweiter Seite 137 ein zweiter Kühlmittelkasten 107 befestigt ist.
Der Kühlblock 135 des Wärmeübertragers 101 besteht im Wesentlichen aus einer Vielzahl an Kühlrohren 125 mit dazwischen angeordneten Kühlrippen 129, so dass ein Kühlmittel von dem ersten Kühlmittelkasten 104 durch den Kühlblock 135 hindurch zu dem zweiten Kühlmittelkasten 107 strömen kann. Hierbei kann das Kühlmittel durch Kühlluft (hier nicht eingezeichnet) aus der Umgebung 128 herunter gekühlt werden.
Der Kühlmittelkasten 104 besteht auch in diesem Ausführungsbeispiel aus einer Haupttemperaturkammer 105 und einer Niedertemperaturkammer 106. Hierbei umfasst die Haupttemperaturkammer 105 einen Haupttemperaturkammereinlauf 111 und die Niedertemperaturkammer 106 einen Niedertemperaturkammerablauf 113, über welche Kühlmittel in den Kühlmittelkasten 104 einlaufen und damit an dem Wärmeübertrager 101 herunter gekühlt werden können. Eine beabstandete Trennung der beiden Kammern 105, 106 kann in einem Kammertrennbereich 138 in unterschiedlicher Weise erfolgen.
Der zweite Kühlmittelkasten 107 ist mit einem einzigen Ablauf 115 ausgestattet.
Einige Ausführungsalternativen zu alternativ gestalteten Kammertrennbereichen sind in den nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispielen der 3, 4 und 5 dargestellt.
Der in der 3 gezeigte erste Kammertrennbereich 238 illustriert einen Kühlblock 235, der Haupttemperaturkühlrohre 240, die in eine Haupttemperaturkammer 205 münden, und Niedertemperaturkühlrohre 241, die in eine Niedertemperaturkammer 206 münden, umfasst. Zwischen den sind weitere Kühlrohre 225 angeordnet, die jedoch an ihren Rohrenden 242 verschlossen sind. Vorliegend werden mit dem Begriff „Kühlrohre" auch die Haupttemperaturkühlrohre 240 und die Niedertemperaturkühlrohre 241 erfasst. Zwischen allen Kühlrohren 225, 240, 241 sind Kühlrippen 229 vorgesehen, mittels welchen Wärmeenergie in bekannter Weise an eine Umgebung 228 des Kühlblocks 235 abgegeben werden kann.
Die Haupttemperaturkammer 205 wird von einem Haupttemperaturkammergehäuse 210 eines hier nicht näher gezeigten Kühlmittelkastens gebildet. Dem entsprechend wird die Niedertemperaturkammer 206 von einem Niedertemperaturkammergehäuse 212 des hier nicht näher gezeigten Kühlmittelkastens bereitgestellt.
Das Haupttemperaturkammergehäuse 210 bildet hierbei eine erste Trennwand 222 des Kühlmittelkastens und das Niedertemperaturkammergehäuse 212 bildet eine zweite Trennwand 223 des Kühlmittelkastens. Beide Trennwände 222, 223 sind durch einen Trennabstand 221 voneinander getrennt an dem Kühlblock 235 befestigt, so dass zwischen der Haupttemperaturkammer 205 und der Niedertemperaturkammer 206 ein kühlmittelfreier Bereich 224 vorhanden ist.
Hierbei ist das Haupttemperaturkammergehäuse 210 an einem ersten Rohrboden 243 des Kühlblocks 235 und das Niedertemperaturkammergehäuse 212 an einem zweiten Rohrboden 244 des Kühlblocks 235 befestigt.
Damit das Haupttemperaturkammergehäuse 210 gegenüber dem ersten Rohrboden 243 gut abgedichtet werden kann, ist im Bereich der ersten Trennwand 222 im ersten Rohrboden 243 eine Sicke 245 vorgesehen, in welcher ein erstes Dichtungsmittel 246 eingelegt ist.
Zur Abdichtung des Niedertemperaturkammergehäuses 212 im Bereich der zweiten Trennwand 223 weist der zweite Rohrboden 244 ebenfalls eine zweite Sicke 247 auf, in welcher ein weiteres Dichtungsmittel 248 eingelegt ist.
Die Haupttemperaturkühlrohre 240 durchdringen den ersten Rohrboden 243 an Durchlässen 249, an welchen sie in bekannter Weise mit dem ersten Rohrboden 243 verlötet sind, so dass an den Durchlässen 249 kein Kühlmittel unbeabsichtigt aus der Haupttemperaturkammer 205 in eine Umgebung 228 gelangen kann. Entsprechend durchdringen die Niedertemperaturkühlrohre 241 den zweiten Rohrboden 244 an Durchlässen 250, so dass die Niedertemperaturkühlrohre 241 in die Niedertemperaturkammer 206 münden können.
Mittels des so gestalteten Kammertrennbereichs 238 können besonders gut, kritische Spannungen an den Haupttemperaturkühlrohren 240 beziehungsweise Niedertemperaturkühlrohren 241, welche den Trennwänden 222, 223 nächstliegend angeordnet sind, vermieden werden.
Dies gelingt einerseits mittels der um den Trennabstand 221 beabstandeten Trennwände 222 und 223. Hierdurch können Haupttemperaturkühlrohre 240 und Niedertemperaturkühlrohre 241 um einen erweiterten Kühlrohrtrennabstand 221A voneinander beabstandet im Kühlerblock 235 angeordnet werden. Der erweiterte Kühlrohrtrennabstand 221A ist größer als ein normaler Kühlrohrabstand 225A. Im Übrigen ist dies bei allen hier gezeigten Ausführungsbeispielen.
Besonders vorteilhaft ist es andererseits in diesem Ausführungsbeispiel, dass der Kühlblock 235 keinen durchgehenden Rohrboden, wie bei bekannten Wärmeübertragern üblich, aufweist, sondern zwei voneinander getrennte Rohrböden 243, 244. Dadurch, dass die Rohrböden 243, 244 voneinander räumlich getrennt sind, ist ein unerwünschter Wärmeübergang im Bereich dieser Rohrböden 243, 244 unterbunden. Mittels dieser Trennung kann zusätzlich oder aber auch ausschließlich verhindert werden, dass Temperaturunterschiede sich negativ auf die Kühlrohre, insbesondere im Bereich von Lötverbindungen an den Durchlässen 249 bzw. 250, auswirken können.
Bei dem in der 4 gezeigten Kammertrennbereich 338 umfasst der Kühlblock 335 eine Vielzahl an Kühlrohren 325, insbesondere Haupttemperaturkühlrohre 340 und Niedertemperaturkühlrohre 341. Zwischen den Kühlrohren 325, 340 und 341 sind Kühlrippen 329 angeordnet. Der Kühlblock 335 hat einen Rohrboden 343, an welchem gemeinsam ein Haupttemperaturkammergehäuse 310 und ein Niedertemperaturkammergehäuse 312 befestigt sind.
Der einzige Rohrboden 343 im Kammertrennbereich 338 weist eine Vielzahl an Durchlässen 349 auf, an welchen die Haupttemperaturkühlrohre 340 in eine Haupttemperaturkammer 305 und die Niedertemperaturkühlrohre 341 in eine Niedertemperaturkammer 306 münden können. Die beiden Gehäuse 310, 312 bilden eine erste Trennwand 322 und eine zweite Trennwand 323 eines hier nicht näher gezeigten Kühlmittelkastens, die um einen Trennabstand 321 voneinander beabstandet an dem Rohrboden 343 befestigt sind. Eine Befestigung der beiden Trennwände 322, 323 kann besonders einfach mittels eines Bajonettverschlussteils 355 in einem kühlmittelfreien Bereich 324 zwischen den beiden Kammern 305 und 306 realisiert werden, wenn die Gehäuse 310, 312 jeweils mit einem Absatz 356 (hier nur der Übersichtlichkeit halber an dem Niedertemperaturgehäuse 312 beziffert) ausgestattet sind. Das Bajonettverschlussteil 355 kann in diesem kühlmittelfreien Bereich 324 durch Langlöcher 357 im Rohrboden 343 gesteckt und dann durch Drehung derart mit dem Rohrboden 343 verklemmt werden, dass die beiden Gehäuse 310, 312 kühlmitteldicht an den Rohrboden 343 herangezogen werden können. Durch das Bajonettverschlussteil 355 kann vorteilhafter Weise auf ein Vercrimpen der Gehäuse 310 und 312 mit dem Rohrboden 343 verzichtet werden, da dies auf Grund des hier vorliegenden begrenzten Trennabstands 321 auch nur schwer möglich wäre.
Im Bereich der Langlöcher 375 ist der der Haupttemperaturkammer 305 zugewandte Rohrbodenabschnitt 343A und der der Niedertemperaturkammer 306 zugewandte Rohrbodenabschnitt 343B nur mittels Rohrbodenstege 343C (hier nur exemplarisch beziffert) verbunden, so dass ein Wärmeübergang zwischen dem Rohrbodenabschnitt 343A und dem Rohrbodenabschnitt 343B wesentlich schwieriger und geringer erfolgen kann als bei einem durchgehenden Rohrboden 343.
Zusätzlich abgedichtet werden die Gehäuse 310, 312 mittels weiterer Dichtungsmittel 346 beziehungsweise 348, die in entsprechenden Sicken 347 beziehungsweise 345 eingelegt sind.
Damit aus den Kühlrohren 325 zwischen den Haupttemperaturkühlrohren 340 und den Niedertemperaturkühlrohren 341 kein Kühlmittel in die Umgebung 328 entweichen kann, sind diese Kühlrohre an ihren Enden 342 verschlossen.
Auch mittels dieses gestalteten Kammertrennbereichs 238 können die eingangs beschriebenen Vorteile hinsichtlich der zumindest verringerten negativen Spannungen an den Kühlrohren 240, 241 erzielt werden.
Der in der 5 gezeigte alternativ gestaltete Kammertrennbereich 438 stellt einen Ausschnitt eines Kühlblocks 435 eines hier nicht näher gezeigten Wärmeübertragers dar. Der Kühlblock 435 umfasst eine Vielzahl an Kühlrohren 425, insbesondere an Haupttemperaturkühlrohren 440 und Niedertemperaturkühlrohren 441. Zwischen den einzelnen Kühlrohren 425, 440 und 441 sind Kühlrippen 429 vorgesehen. In diesem Ausführungsbeispiel durchstoßen alle Kühlrohre 425, 440 und 441 einen Rohrboden 443 des Kühlblocks 435 an Durchlässen 449 (hier nur exemplarisch beziffert), so dass die Haupttemperaturkühlrohre 440 in eine Haupttemperaturkammer 405 eines Kühlmittelkastens 404, die Niedertemperaturkühlrohre 441 in eine Niedertemperaturkammer 406 des Kühlmittelkastens 404 und die zwischen den Haupttemperaturkühlrohren 440 und den Niedertemperaturkühlrohren 441 sonstigen angeordneten Kühlrohre 425 in einen kühlmittelfreien Bereich 424 münden können.
Damit der kühlmittelfreie Bereich 424 auch frei von Kühlmittel bleibt, sind die Kühlrohre 425 zwischen den Haupttemperaturkühlrohren 440 und den Niedertemperaturkühlrohren 441 an ihren Enden 442 verschlossen.
Um den kühlmittelfreien Bereich 424 zwischen der Haupttemperaturkammer 405 und der Niedertemperaturkammer 406 alternativ mit nur einem gemeinsa men Gehäuse 460 des Kühlmittelkastens 404 realisieren zu können, sind zwischen der Haupttemperaturkammer 405 und der Niedertemperaturkammer 406 eine erste Trennwand 422 und eine zweite Trennwand 423, um einen Trennabstand 421 voneinander beabstandet, vorgesehen.
In den Bereichen, in welchen die Trennwände 422, 423 dichtend an den Rohrboden 443 anstoßen, verfügt der Rohrboden 443 über eine erste Sicke 445 und eine zweite Sicke 447, in welchen jeweils ein Dichtungsmittel 446 beziehungsweise 448 angeordnet ist.
Auch mittels der doppelten Trennwände 422 und 423, welche gemeinsam an einem Kühlmittelkasten 404 vorgesehen sind, können die Haupttemperaturkühlrohre 440 und die Niedertemperaturkühlrohre 441 vorteilhaft thermisch voneinander getrennt werden.
An dieser Stelle sei noch angemerkt, dass gegebenenfalls auf die vorstehend erläuterten Sicken an den Rohrböden verzichtet werden kann, wenn die Dichtungsmittel beispielsweise bereits an den Kammergehäusen an- bzw. eingespritzt oder angeklebt sind.
Bei allen gezeigten Ausführungsbeispielen können die durch Temperaturwechselbeanspruchungen verursachten Spannungen in den Kühlrohren in Trennwandnähe deutlich reduziert werden. Damit erhöht sich vorteilhafter Weise die Lebensdauer eines Wärmeübertragers.
Es versteht sich, dass es sich bei den erläuterten Ausführungsbeispielen lediglich um eine Auswahl erster gestalteter Wärmeübertrager handelt und diese Ausführungsbeispiele nicht einschränkend auf die vorliegende Erfindung wirken. Insbesondere können Wärmeübertrager hinsichtlich Ihrer Kühlmittelführung anders aufgebaut sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10158436 A1 [0003]

Claims

Wärmeübertrager (1) insbesondere eines Kraftfahrzeuges mit einem Kühlmittelkasten (4), bei welchem der Kühlmittelkasten (4) in eine Haupttemperaturkammer (5) und in eine Niedertemperaturkammer (6) unterteilt ist, und zwischen der Haupttemperaturkammer (5) und der Niedertemperaturkammer (6) eine Trennwand angeordnet ist, mittels welcher die beiden Kammern (5, 6) räumlich voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Haupttemperaturkammer (5) und die Niedertemperaturkammer (6) beabstandet voneinander angeordnet sind.
Wärmeübertrager (1) insbesondere eines Kraftfahrzeuges mit einem Kühlmittelkasten (4), bei welchem der Kühlmittelkasten (4) in eine Haupttemperaturkammer (5) und in eine Niedertemperaturkammer (6) unterteilt ist, mit zueinander beabstandeten Kühlrohren (25), die in Haupttemperaturkühlrohre (240), welche mit ihren Enden in die Haupttemperaturkammer (5) münden, und in Niedertemperaturkühlrohre (241), welche mit ihren Enden in die Niedertemperaturkammer (6) münden, unterschieden werden können, dadurch gekennzeichnet, dass die Haupttemperaturkühlrohre (240) und die Niedertemperaturkühlrohre (241), welche nächstliegend zueinander angeordnet sind, einen erweiterten Kühlrohrtrennabstand (221A) zueinander aufweisen, der größer ist als ein Kühlrohrabstand (225A), mit welchen die übrigen Kühlrohre (25) zueinander angeordnet sind.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Haupttemperaturkammer (5) und der Niedertemperaturkammer (6) ein Trennabstand (21) vorhanden ist, der gleich oder idealerweise größer als ein Kühlrohrabstand (225A) zwischen zwei Kühlrohren (25) des Wärmetauschers (1) ist.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Haupttemperaturkammer (5) und der Niedertemperaturkammer (6) ein kühlmittelfreier Bereich (24) angeordnet ist.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Haupttemperaturkammer (5) und der Niedertemperaturkammer (6) mehr als eine Trennwand (22, 23) angeordnet ist.
Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Trennwände (22, 23) von einem Kammergehäuse (14, 16) einer Haupttemperaturkammer (205) und/oder einer Niedertemperaturkammer (206), insbesondere von einer Gehäuseaußenwand eines Kammergehäuses (14, 16), gebildet ist.
Wärmeübertrager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haupttemperaturkammer (5) ein erstes Kammergehäuse (14) des Kühlmittelkastens (4) und die Niedertemperaturkammer (6) ein weiteres Kammergehäuse (16) des Kühlmittelkastens (4) umfasst.
Wärmeübertrager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei benachbarte Trennwände (22, 23) mittels eines gemeinsamen Befestigungsmittels (355) an einem Rohrbo den (343) für Kühlrohre (225, 240, 241) eines Wärmeübertragerblocks (235) befestigbar sind.
Wärmeübertrager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkasten (4) zwei Trennwände (22, 23) umfasst, zwischen denen ein kühlmittelfreier Raum (24) angeordnet ist.
Wärmeübertrager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkasten (4) an einem Rohrboden (243, 244) für Kühlrohre (225, 240, 241) eines Wärmeübertragerblocks (235) angeordnet ist, und der Rohrboden (243, 244) im Bereich einer Trennwand (222, 223) zwischen der Haupttemperaturkammer (205) und der Niedertemperaturkammer (206) des Kühlmittelkastens (204) geteilt ist.
Wärmeübertrager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rohrboden (243, 244) für Kühlrohre (225, 240, 241) eines Wärmeübertragerblocks (235) im Bereich einer Trennwand (222, 223) eine Bodensicke (245, 247) für ein Dichtungsmittel (246, 248) aufweist.
Wärmeübertrager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlrohre (225) für Kühlrohre (225, 240, 241) eines Wärmeübertragerblocks (235) im Bereich eines Trennabstandes (221) und/oder eines kühlfreien Raumes an ihren Enden (242) verschlossen sind.
Wärmeübertrager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkasten (4) aus Kunststoff hergestellt ist.