-
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.
-
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.
-
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.
-
Die
DE 196 21 287 A1 zeigt eine Befestigungsvorrichtung für einen Ladeluftkühler, an dessen beiden Endbereichen jeweils ein endseitiger Luftkasten angeordnet ist.
-
Die
DE 44 41 503 C2 zeigt einen Wärmetauscher für einen Kraftwagen, welcher aus einem ersten und zweiten Stapel von flachen Rohrelementen besteht. Die Öffnungen aller Enden der Rohrelemente des ersten Stapels bilden einen ersten Sammelraum. Die Öffnungen aller Enden des zweiten Stapels bilden einen zweiten Sammelraum. Die Öffnungen der Enden des ersten Stapels und die Öffnungen der Enden des zweiten Stapels liegend abwechselnd übereinander und bilden einen dritten Sammelraum, welcher zwischen den beiden Stapeln ausgebildet ist. Die beiden Stapel sind dabei im Bereich des dritten Sammelraums miteinander verlötet.
-
Die
DE 102 08 152 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Austausch von Wärme in Form einer elektrischen Heizvorrichtung zum Beheizen eines Innenraums eines Kraftwagens. Die Heizvorrichtung umfasst erste und zweite Wärmetauscherbaugruppen mit unterschiedlichen Konfigurationen, welche als standardisierte Module zur Herstellung jeweiliger Varianten der Heizvorrichtung im Sinne eines Baukastens Verwendung finden.
-
Die
DE 602 20 700 T2 zeigt eine Wärmetauscheranordnung, welche einen Hauptwärmetauscher und einen Nebenwärmetauscher umfasst, die von ein und demselben Wärme übertragenden Medium durchströmt werden. Der Hauptwärmetauscher dient zum Kühlen eines Verbrennungsmotors eines Kraftwagens und ist Teil eines Hochtemperaturkreislaufs. Der Nebenwärmetauscher dient beispielsweise als Ladeluftkühler und ist Teil eines Niedrigtemperaturkühlkreislaufs. Das Medium tritt durch einen Eintrittssammelkasten des Hauptwärmetauschers in diesen ein und fließt durch ein Bündel von Umlaufrohren in einen Austrittssammelkasten des Hauptwärmetauschers, von wo aus ein Teil des Mediums aus der Wärmetauscheranordnung ausströmt und ein Teil des Mediums in einen Eintrittssammelkasten des Nebenwärmetauschers fließt und ebenfalls ein Bündel von Umlaufrohren durchströmt, welche in einen Austrittssammelkasten des Nebenwärmetauschers münden, wo das Medium aus der Wärmetauscheranordnung ausströmt.
-
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.
-
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.
-
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 wobei der Endkasten kein integral mit einem Gehäuse des Wärmetauschers ausgebildetes Bauteil ist. 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.
-
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.
-
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.
-
Für einen 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.
-
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.
-
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.
-
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 Kühlungsbedarf. 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.
-
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.
-
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.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist der Zwischenkasten gewinkelt und/oder gekrümmt ausgebildet. Dies ermöglicht eine besonders bauraumsparende bzw. bauraumoptimierte Ausbildung der Ladeluftkühlervorrichtung.
-
Der Zwischenkasten kann dabei als Kunststoffbauteil oder als Gussbauteil ausgebildet sein.
-
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 mehrerer 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.
-
Im Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Hierbei zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Ladeluftkühlervorrichtung mit zwei Wärmetauschermodulen und einem Zwischenkasten,
-
2 eine schematische Darstellung der Anordnung einer solchen Ladeluftkühlervorrichtung in einem Kraftwagen mit Heckmotor,
-
3 eine Detailansicht zur Erläuterung der Luftführung zum ersten Wärmetauscher der Ladeluftkühlervorrichtung,
-
4 eine Detailansicht zur Erläuterung der Luftführung zum zweiten Wärmetauscher der Ladeluftkühlervorrichtung,
-
5 die Anordnung einer Ladeluftkühlervorrichtung mit zwei Wärmetauschern an einem Kraftwagenmotor und
-
6 eine alternative Ausführungsform einer Ladeluftkühlervorrichtung mit zwei Wärmetauschern mit Ladeluftzuführung über den Zwischenkasten.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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 wieder zusammengeführt und über eine zweite Ladeluftleitung 64 dem Ansaugtrakt des Motors 58 zugeführt.
-
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.
