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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bauen von Ladeluftkühlervorrichtungen
in Kraftwagen unterschiedlicher Bauart sowie einen Zwischenkasten
und einen Endkasten zur Verwendung in einem solchen Verfahren.
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Ladeluftkühler dienen
zum Abkühlen
von mittels Turboladern komprimierter Ladeluft für Brennkraftmaschinen von Kraftwagen.
Sie umfassen üblicherweise
ein Wärmetauschermodul,
und ein umgebendes Gehäuse.
Das Gehäuse
bildet dabei zwei Luftkästen
aus, welche mit Luftkanälen
des Wärmetauschers
in Verbindung stehen. Zu kühlende
Ladeluft wird in den ersten Luftkasten geleitet und durchströmt von diesem
aus die Luftkanäle
des Wärmetauschers,
wo sie abgekühlt
wird. Im zweiten Luftkasten werden die Luftströme aus den einzelnen Luftkanälen wieder
zusammengeführt
und von dort über
eine weitere Ladeluftleitung zum Motor geleitet.
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Für unterschiedliche
Kraftfahrzeugtypen oder Motorisierungsvarianten müssen dabei
jeweils spezifische, in ihren Kühlleistung
an den jeweiligen Motor angepasste Ladeluftkühler entwickelt und hergestellt
werden. Dies ist kostenaufwendig, da sowohl für jeden einzelnen Kraftfahrzeugtyp
bzw. jede einzelne Motorisierungsvariante neue Entwicklungskosten
anfallen als auch Lagerungskosten für die unterschiedlichen Typen
von Ladeluftkühlern
entstehen.
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Es
ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum
Bauen von Ladeluftkühlervorrichtungen
in Kraftwagen unterschiedlicher Bauart so weiterzuentwickeln, dass
eine kostengünstigere Herstellung
und Lagerhaltung derartiger Ladeluftkühlervorrichtungen ermöglicht wird.
Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel zum
Ermöglichen
der Durchführung
eines derartigen Verfahrens bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 sowie durch einen Zwischenkasten mit den Merkmalen des Patentanspruchs
4 und einen Endkasten mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst.
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Im
Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird zunächst
wenigstens ein Wärmetauscher mit
wenigstens einem Luftkanal bereitgestellt. Weiterhin wird wenigstens
ein Endkasten bereitgestellt, welcher so mit nur einem Wärmetauscher
verbindbar ist, dass die Luftkanäle
des Wärmetauschers
in einen Luftraum des Endkastens münden. In einem weiteren Schritt
wird wenigstens ein Zwischenkasten bereitgestellt, welcher so mit
zwei Wärmetauschern
verbindbar ist, dass die Luftkanäle
der zwei Wärmetauscher
in einen Luftraum des Zwischenkastens münden.
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Es
wird also ein modulares System von Wärmetauschern, Endkästen und
Zwischenkästen
bereitgestellt, welche die Kombination eines oder mehrerer Wärmetauscher
je nach dem Kühlungsbedarf eines
jeweiligen Kraftwagentyps ermöglicht.
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Für einen
Kraftwagen einer ersten Bauart wird lediglich ein Wärmetauscher
mit zwei Endkästen verbunden.
Die Endkästen
sind also keine integral mit dem Gehäuse des Wärmetauschers ausgebildeten
Bauteile, sondern im Sinne eines Baukastensystems mit dem Wärmetauscher
kombinierbar. Die Variante der Ladeluftkühlervorrichtung für den Kraftwagen
der ersten Bauart entspricht in ihrer Funktionsweise dabei bekannten
Ladeluftkühlern.
Durch den ersten Endkasten wird Ladeluft in den Ladeluftkühler geleitet
und strömt
aus dem Luftraum des ersten Endkastens in die Luftkanäle des Wärmetauschers. Im
Luftraum des zweiten Endkastens wird die abgekühlte Ladeluft wieder zusammengeführt und
kann von dort an den Motor weitergeleitet werden.
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Für ein Kraftwagen
einer zweiten Bauart wird ein Zwischenkasten mit zwei Wärmetauschern
verbunden. Luft, die den ersten Wärmetauscher durchströmt wird
also im Zwischenkasten wieder zusammengeführt und von diesem auf die
Luftkanäle
des zweiten Wärmetauschers
verteilt. Ohne einen neuen Wärmetauscher
konstruieren zu müssen,
kann somit eine größere Kühlleistung
für Kraftwagen
mit größerem Kühlungsbedarf
bereitgestellt werden. Es ist hierbei zu beachten, dass die beiden
Wärmetauscher nicht
identisch sein müssen.
Sie können
sich sowohl in der Größe ihres
jeweiligen Kühlernetzes
als auch in ihren äußeren Dimensionen
unterscheiden, solange lediglich die Verbindbarkeit mit den Zwischenkästen und
Endkästen
gegeben ist. dies ermöglicht
eine besonders flexible Herstellung von Ladeluftkühlervorrichtungen
in Abhängigkeit
der jeweiligen Motorleistung und des zur Verfügung stehenden Bauraumes.
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Durch
eine solche Modularisierung für
den Bau von Ladeluftkühlervorrichtungen
werden Entwicklungskosten für
neue Ladeluftkühler
eingespart. Weiterhin kann die Lagerhaltung vereinfacht werden, da
nicht mehr eine Vielzahl von einzelnen verschiedenen Ladeluftkühlervorrichtungen
auf Lager gehalten werden muss, sondern vielmehr lediglich Endkästen, Zwischenkästen und
Wärmetauscher
vorrätig
gehalten werden müssen,
die schließlich
zu Ladeluftkühlervorrichtungen
unterschiedlicher Bauart kombinierbar sind.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden die über einen Zwischenkasten verbundenen Wärmetauscher
für den
Kraftwagen der zweiten Bauart zusätzlich mit jeweils einem Endkasten
verbunden. Eine derartige Ladeluftkühlervorrichtung kann dann in
zwei verschiedenen Arten betrieben werden. Einerseits kann über den
ersten Endkasten Ladeluft eingeleitet werden, welches aus diesem
in die Luftkanäle
des ersten Wärmetauschers
strömt
und nach deren Passage im Zwischenkasten zusammengeführt wird.
Aus dem Zwischenkasten strömt
die Ladeluft dann in die Luftkanäle
des zweiten Wärmetauschers,
wird im zweiten Endkasten zusammengeführt und von diesem aus zum
Motor geleitet. Dies entspricht einer Serienschaltung der beiden
Wärmetauscher.
Alternativ kann die Ladeluft in den Luftraum des Zwischenkastens
eingeleitet werden. Von diesem aus wird die einströmende Ladeluft
auf beide Wärmetauscher
verteilt, so dass ein Teilluftstrom den ersten und ein zweiter Teilluftstrom
den zweiten Wärmetauscher
durchströmt.
Die jeweiligen Teilluftströme
werden in den den jeweiligen Wärmetauschern zugeordneten
Endkästen
wieder gebündelt
und können
dann getrennt oder auch zusammen dem Motor zugeführt werden. Dies entspricht
einer Parallelschaltung der beiden Wärmetauscher. Beide Varianten
erhöhen
die Kühlleistung
der Ladeluftkühlvorrichtung,
ohne dass ein neuer Typ von Wärmetauschern bereitgestellt
werden muss.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung wird für
einen Kraftwagen einer dritten Bauart eine Mehrzahl von Wärmetauschern
jeweils paarweise über
Zwischenkästen
verbunden. Dies ermöglicht das
Bereitstellen von Ladeluftkühlervorrichtungen
für Kraftwagenbauarten
mit noch höherem
Küh lungsbedarf.
Auch hier ist eine freie Kombination von Serien- und Parallelschaltungen
der jeweiligen Wärmetauscher
möglich.
Auch hier gilt, wie bereits oben erläutert, dass die Wärmetauscher
nicht identisch sein müssen,
um so eine besonders flexible Herstellung von Wärmetauschervorrichtungen zu
ermöglichen.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin einen Zwischenkasten zur Verwendung
in einem derartigen Verfahren. Ein solcher Zwischenkasten ist so
mit zwei Wärmetauschern
verbindbar, dass die Luftkanäle
der Wärmetauscher
in einen Luftraum des Zwischenkastens münden. Der Zwischenkasten dient also
als Verbindungsstück
zwischen zwei Wärmetauschern,
die wie bereits eingangs geschildert, in Serie oder parallel betrieben
werden können.
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Der
Zwischenkasten umfasst dabei bevorzugt ein Verbindungselement, mittels
welchem der Luftraum des Zwischenkastens mit einer Ladeluftleitung
verbindbar ist. Dies ermöglicht
das Zu- oder Abführen
von Teilluftströmen
aus dem Zwischenkasten.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist der Zwischenkasten gewinkelt und/oder gekrümmt ausgebildet. Dies ermöglicht eine
besonders bauraumsparende bzw. bauraumoptimierte Ausbildung der
Ladeluftkühlervorrichtung.
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Der
Zwischenkasten kann dabei als Kunststoffbauteil oder als Gussbauteil
ausgebildet sein.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin einen Endkasten zur Verwendung in einem
eingangs genannten Verfahren. Ein solcher Endkasten ist so mit genau einem
Wärmetauscher
verbindbar, dass die Luftkanäle
des Wärmetauschers
in einen gemeinsamen Luftraum des Endkastens münden, welche über ein Verbindungselement
mit einer Ladeluftleitung verbindbar ist. Derartige Endkästen dienen
somit als Abschlusselement für
einen oder auch für
die Zusammenschaltung mehrer Wärmetauscher.
Für die
gesamte Ladeluftkühlervorrichtung
finden also insgesamt zwei Endkästen
Anwendung, durch die je nach Verschaltung der einzelnen Wärmetauscher
in den Vorrichtung Ladeluft zu- und/oder abgeführt werden kann.
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Im
Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung
näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Ladeluftkühlervorrichtung mit zwei Wärmetauschermodulen
und einem Zwischenkasten,
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2 eine
schematische Darstellung der Anordnung einer solchen Ladeluftkühlervorrichtung in
einem Kraftwagen mit Heckmotor,
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3 eine
Detailansicht zur Erläuterung
der Luftführung
zum ersten Wärmetauscher
der Ladeluftkühlervorrichtung,
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4 eine
Detailansicht zur Erläuterung
der Luftführung
zum zweiten Wärmetauscher
der Ladeluftkühlervorrichtung,
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5 die
Anordnung einer Ladeluftkühlervorrichtung
mit zwei Wärmetauschern
an einem Kraftwagenmotor und
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6 eine
alternative Ausführungsform
einer Ladeluftkühlervorrichtung
mit zwei Wärmetauschern
mit Ladeluftzuführung über den
Zwischenkasten.
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Eine
in 1 gezeigte, im Ganzen mit 10 bezeichnete
Ladeluftkühlervorrichtung
besteht aus zwei Wärmetauschern 12, 13,
die über
einen Zwischenkasten 14 miteinander verbunden sind. Über einen ersten
Endkasten 16 wird die zu kühlende Ladeluft dem Wärmetauscher 12 zugeführt und
durchströmt dessen
hier nicht gezeigte Luftkanäle.
Nach ihrem Durchströmen
des Wärmetauschers 12 wird
die Ladeluft im Zwischenkasten 14 gesammelt und strömt von diesem
in die ebenfalls nicht gezeigten Luftkanäle des zweiten Wärmetauschers 13.
Aus diesem tritt die vollständig
gekühlte
Ladeluft schließlich
in den zweiten Endkasten 18 ein, von dem aus sie zum Motor
geleitet werden kann.
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Die
Wärmetauscher 12 und 13 sind
dabei so ausgebildet, dass jeder ihrer jeweiligen Endbereiche 20, 22, 24, 26 sowohl
mit einem Endkasten 16, 18 als auch mit einem
Zwischenkasten 14 verbindbar ist. Dadurch ist eine Serienschaltung
beliebig vieler Wärmetauscher 12, 13 unter
Zwischenschaltung eines jeweiligen Zwischenkastens 14 möglich. Die
Ladeluftkühlervorrichtung 10 kann
somit über
verschieden Kraftwagentypen bzw. Motorisierungsvarianten problemlos
an den jeweiligen Kühlungsbedarf
der Ladeluft angepasst werden.
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Über die
geometrische Ausführung
des Zwischenkastens 14 ist dabei eine Anpassung der Form der
Ladeluftkühlervorrichtung 10 an
den jeweils zur Verfügung
stehenden Bauraum möglich.
Durch einen gewinkelten Zwischenkasten 14, wie in 1 gezeigt,
ist beispielsweise die Anordnung einer solchen Ladeluftkühlervorrichtung 10 im
Bereich eines hinteren Radhauses 28 eines Kraftwagens 30 mit
Heckmotor möglich.
Eine solche Anordnung ist schematisch in 2 veranschaulicht.
Ladeluft strömt
hier entlang des Pfeiles 32 in den ersten Endkasten 16 der
Ladeluftkühlervorrichtung 10 ein.
Von dem Endkasten 16 wird die Ladeluft wiederum über den
ersten Wärmetauscher 12,
den Zwischenkasten 14 und den zweiten Wärmetauscher 13 in
den zweiten Endkasten 18 geleitet, von welchem aus sie
in Richtung des Pfeiles 34 über eine Ladeluftleitung weiter
zum Motor geleitet werden kann.
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Zur
Beaufschlagung der Wärmetauscher 12 und 13 mit
Kühlluft
stehen zwei Kühlluftkanäle 36 und 38 zur
Verfügung.
Entlang des Pfeiles 40 (3) in den
unteren Luftkanal 36 eintretende Kühlluft durchströmt den ersten
Wärmetauscher 12 und
wird entlang der Pfeiles 42 in das hintere Radhaus 28 abgegeben.
Entlang des Pfeiles 44 (4) in den
oberen Luftkanal 38 einströmende Kühlluft durchströmt den zweiten
Wärmetauscher 13 und
wird entlang des Pfeiles 46 ebenfalls in das hintere Radhaus 28 abgegeben,
wo sie sich mit der den ersten Wärmetauscher 12 durchströmenden Kühlluft vereinigt
und an die Umgebung abgegeben wird.
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Wie
aus 3 ersichtlich. strömt die den unteren Kühlluftkanal 36 erreichende
Luft dabei durch eine Lufteintrittsöffnung 48 aus, welche
mit einem Schutzgitter 50 gegen eintretende größere Partikel geschützt ist.
Von der Eintrittsöffnung 48 aus
durchströmt
die Luft schließlich
den Luftkanal 36 und erreicht den ersten Wärmetauscher 12.
Die Eintrittsöffnung 48 ist
dabei im Bereich hinter einer Fahrzeugtür 52 angeordnet. Eine
weitere Eintrittsöffnung 54 für den oberen
Luftkanal 38, der den zweiten Wärmetauscher 13 versorgt,
befindet sich in Höhe
der Heckscheibe 56 des Kraftwagens.
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Die
Kühlluftführung zwischen
Ladeluftkühlervorrichtung 10 und
einem Motor 58 des Kraftwagens ist in 5 veranschaulicht.
Von einem Turbolader 60 verdichtete Ladeluft wird durch
eine erste Ladeluftleitung 62 in den ersten Endkasten 16 der
Ladeluftkühlervorrichtung
geleitet. Von diesem durchströmt
sie den ersten Wärmetauscher 12,
den Zwischenkasten 14 sowie den zweiten Wärmetauscher 13.
Im zweiten Endkasten 16 wird die Ladeluft wie der zusammengeführt und über eine
zweite Ladeluftleitung 64 dem Ansaugtrakt des Motors 58 zugeführt.
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Alternativ
zur bislang geschilderten Serienschaltung der beiden Wärmetauscher 12 und 13 ist auch
eine Parallelschaltung möglich.
Eine solche ist in 6 dargestellt. Die zu kühlende Ladeluft
wird dabei nicht wie in den vorher geschilderten Beispielen über einen
der Endkästen 16, 18 zugeführt, sondern über ein
Verbindungselement 66 am Zwischenkasten 14. Die über die
Leitung 68 und das Verbindungselement 66 in den
Zwischenkasten 14 einströmende Ladeluft trennt sich
im Zwischenkasten 14 auf, wobei ein erster Teilluftstrom
den Wärmetauscher 12 durchströmt und über den
Endkasten 16 in eine weitere Leitung 70 gelangt, über welche
die Ladeluft dem Motor zugeführt
wird. Ein zweiter Teilluftstrom strömt aus dem Zwischenkasten 14 durch
den Wärmetauscher 13 und
den Endkasten 18 in eine weitere, hier nicht dargestellte
Ladeluftleitung und von dort ebenfalls zum Motor. Die beiden Teilluftströme können im
Ansaugtrakt des Motors wieder vereinigt werden, es ist jedoch auch
möglich,
die Teilluftströme
getrennt zu halten und zur getrennten Versorgung einzelner Zylindergruppen
des Motors zu verwenden.