-
Die Erfindung betrifft einen Ladeluftkanal für einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Die
WO 2010/118848 A1 beschreibt einen Ladeluftkanal, bei dem ein Wärmetauscher in ein Ladeluft führendes Saugrohrgehäuse eines Verbrennungsmotors eingesetzt ist. In dem Saugrohrgehäuse ist zudem ein Zuganker vorgesehen, mittels dessen eine verbesserte Stabilität des Gehäuses gegen den Druck der Ladeluft erzielbar ist.
-
Die
EP 0 079 217 A2 offenbart einen Wärmetauscher, bei welchem Schrauben als Zuganker durch rohrförmige Einsätze des Wärmetauschers gesteckt werden.
-
Die
US 2 178 095 A offenbart einen Wärmetauscher, bei welchem Strömungslenkungsbleche im Bereich der Rohrenden mittels Schrauben in einem Sammelkasten positioniert werden.
-
Die
DE 10 2005 053 924 A1 offenbart einen Plattenwärmetauscher, bei welchem der Wärmetauscher in einem Gehäuse mittels einer Schwalbenschwanzführung befestigt wird.
-
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Ladeluftkanal für einen Verbrennungsmotor anzugeben, der stabil und kompakt ausgebildet ist.
-
Diese Aufgabe wird für einen eingangs genannten Ladeluftkanal erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Integration von Zuganker und Wärmetauscher wird zum einen wenig Bauraum benötigt und zum anderen erfolgt die Unterstützung des Gehäuses zweckmäßig in einem durch den Druck der Verbrennungsluft stark belasteten Bereich.
-
Eine integrierte Bauweise im Sinne der Erfindung umfasst dabei zumindest zwei mögliche Varianten. Bei einer Variante ist der Zuganker im Sinne der Kraftaufnahme als zu dem Wärmetauscher separates Bauteil ausgebildet, das aber an den Wärmetauscher angrenzend angeordnet ist. Bei einer anderen Variante ist der Wärmetauscher selbst Bestandteil des Zugankers und nimmt daher zumindest einen Teil der gegen den Druck wirkenden Stützkräfte auf.
-
Unter Verbrennungsluft im Sinne der Erfindung ist insbesondere komprimierte Ladeluft zu verstehen, die je nach Bauweise auch Beimengungen von rückgeführtem Abgas etc. enthalten kann. Der Ladeluftkanal ist bevorzugt als Saugrohr ausgebildet, das unmittelbar an den Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors angrenzt.
-
Bei einer allgemein bevorzugten Bauform ist es vorgesehen, dass der Wärmetauscher als Einschub mit einem Deckflansch ausgebildet ist, wobei der Wärmetauscher in eine Öffnung in dem Gehäuse eingeschoben und die Öffnung von dem Deckflansch verschlossen ist. Eine Kombination des erfindungsgemäßen Zugankers mit dieser Bauform ist besonders vorteilhaft, da die Öffnung die Steifigkeit des Gehäuses schwächt und somit ein Zuganker in diesem Bereich besonders wirksam ist.
-
Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform der Erfindung umfasst der Zuganker eine den Wärmetauscher durchgreifende Zugstange, die bevorzugt zumindest eine Wand des Gehäuses durchgreift. Für den bevorzugten, aber nicht notwendigen Fall, dass die Zugstange nicht mit dem Wärmetauscher fest verbunden ist, entspricht dies der vorstehend genannten Variante eines von dem Wärmetauscher im Sinne der Kraftaufnahme separaten Zugankers. Insbesondere können über die Länge des Wärmetauschers mehrere Zugstangen vorgesehen sein, um die Druckkräfte über einen größeren Bereich verteilt abzufangen.
-
Bei einer erfindungsgemäßen Detailgestaltung ist der Wärmetauscher als Stapelscheiben-Wärmetauscher ausgebildet. Dabei durchgreift die Zugstange den Wärmetauscher dabei in einem Bereich überlappender Durchbrechungen der Stapelscheiben. Solche Durchbrechungen können zum Beispiel als durchbrochene Näpfe mit aufkragenden Rändern ausgeformt sein, wobei die Ränder der Näpfe aufeinander folgender Scheiben fluiddicht miteinander verlötet sind.
-
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Ankerglied als ein sich über eine Länge des Wärmetauschers erstreckender Profilbalken ausgebildet. Das Profil kann zum Beispiel T-förmig, L-förmig oder auf sonstige Weise geformt sein, um es in eine korrespondierende Aufnahme an dem Gehäuse formschlüssig eingreifen zu lassen.
-
Bei einer möglichen, aber nicht notwendigen Weiterbildung ist der Profilbalken zumindest abschnittsweise mit einer Seitenfläche des Wärmetauschers verlötet. Neben einer besser verteilten Kraftaufnahme kann hierdurch eine verbesserte Sperre gegen Leckströme der Verbrennungsluft an den Seiten des Wärmetauschers bereitgestellt werden. Unter der Seitenfläche ist dabei jeder seitliche Abschluss des Wärmetauschers zu verstehen, zum Beispiel ein Seitenteil bzw. Abdeckblech eines Tauschernetzes oder auch eine endständige Rippe oder ein endständiges Tauscherrohr des Tauschernetzes.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Zuganker als zumindest eine an den Wärmetauscher angrenzende Ausformung des Gehäuses ausgebildet. Die Ausformung kann neben dem Wärmetauscher vorgesehen sein oder auch den Wärmetauscher durchgreifen. Bevorzugt, aber nicht notwendig kann der Zuganker zugleich eine Führung der Ladeluft bewirken. Eine solche Ausformung kann zum Beispiel materialeinheitlich einstückig mit dem Gehäuse ausgeformt sein. Zum Beispiel kann es sich um von der Gehäusewand vorragende Stege handeln, die im Zuge einer Montage mit korrespondierenden Strukturen einer gegenüberliegenden Wand verbunden werden, zum Beispiel mittels Verklebung, Verschraubung und/oder Verschweißung. Bevorzugt, aber nicht notwendig kann die zumindest eine Ausformung den Wärmetauscher in zumindest einer Richtung abstützen bzw. halten. Bei einer solchen Variante grenzt der Zuganker nicht nur an den Wärmetauscher an, sondern steht mit ihm in unmittelbarem Kontakt. Insgesamt kann hierdurch eine kostengünstige und gegebenenfalls mehrere Funktionen integrierende Variante eines Zugankers geschaffen werden.
-
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Zuganker an einer Seite des Wärmetauschers angeordnet. Bevorzugt besteht dabei eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Zuganker und dem Gehäuse. In allgemein vorteilhafter Detailgestaltung ist der Zuganker dabei als flächiges Bauteil, insbesondere Blechformteil, ausgebildet, das Durchbrechungen zur Durchströmung mit der Ladeluft aufweist. Ein solches Bauteil ist einfach und kostengünstig herstellbar. Der seitlich angeordnete Zuganker kann je nach Detailgestaltung als separates Bauteil ausgebildet sein, welches nach einem Verlöten des Wärmetauschers bei der Montage mit dem Gehäuse verwendet wird. Alternativ kann der seitlich angeordnete Zuganker auch als mit dem Wärmetauscher einstückiges bzw. gemeinsam verlötetes Bauteil ausgebildet sein.
-
Bei einer allgemein vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst der Zuganker eine an dem Gehäuse vorgesehene Armierung. Durch eine solche Armierung kann je nach Auslegung das Gehäuse im Bereich der Krafteinleitung verstärkt werden und/oder die Kraft wird durch die Armierung auf einen größeren Gehäusebereich verteilt. Die Armierung kann insbesondere ein Längskörper sein, wie etwa ein U-förmig oder L-förmig gebogenes Blechteil oder Organoblechteil.
-
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann der Zuganker ein Organoblech umfassen. Dabei kann sowohl der gesamte Zuganker oder nur ein Teil, zum Beispiel eine Armierung, als Organoblech ausgebildet sein. Das Organoblech ist bevorzugt formschlüssig und/oder stoffschlüssig an ein Kunststoffmaterial des Gehäuses angebunden, so dass eine optimale Verteilung der vom Zuganker aufgenommenen Kraft vorliegt.
-
Unter einem Organoblech versteht man allgemein einen Faserverbundwerkstoff, insbesondere einen endlos faserverstärkten, thermoplastischen Faserverbundwerkstoff. Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
-
Nachfolgend werden mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
- 1 zeigt eine räumliche Ansicht eines nicht erfindungsgemäßen Wärmetauschers,
- 2 zeigt eine Schnittansicht durch den nicht erfindungsgemäßen Wärmetauscher aus 1 in einem Ladeluftkanal,
- 3 zeigt eine Draufsicht auf einen Wärmetauscher gemäß einem weiteren nicht erfindungsgemäßen Beispiel,
- 4 zeigt eine Schnittansicht durch den Wärmetauscher aus 3 in einem Ladeluftkanal,
- 5 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung als räumliche Darstellung einer Gehäusehälfte mit als Zuganker ausgebildeten Ausformungen,
- 6 zeigt eine weitere nicht erfindungsgemäße Form mit einem seitlichen Zuganker,
- 7 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform als Abwandlung aus 6,
- 8 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Abwandlung der Gestaltung aus 6.
- 9 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform der Erfindung mit einem blechförmigen Zuganker.
- 10a bis 10d zeigen Varianten von erfindungsgemäßen Zugankern mit Armierungen.
-
Der in 1 und 2 gezeigte Wärmetauscher 1 ist als ein Rohrbündel-Wärmetauscher ausgebildet. Eine Mehrzahl von Flachrohren 2 ist in einer ersten Reihe 2a und einer zweiten Reihe 2b zu einem Tauschernetz gestapelt, wobei zwischen jeweils aufeinander folgenden Flachrohren 2 Rippen 3 angeordnet sind. Endseitig werden die Stapel bzw. Reihen 2a, 2b von Flachrohren von durchgängigen Seitenteilen 4 in Form von Blechplatten abgeschlossen.
-
Die Flachrohre 2 sind mit ihren offenen Rohrenden jeweils in Durchzügen von Böden 5, 6 eingesteckt. Die Böden 5, 6 sind mit Wasserkästen 7, 8 verbunden, in denen ein insbesondere flüssiges Kühlfluid auf die Tauscherrohre verteilt wird.
-
Der Wärmetauscher ist vorliegend als U-flow-Wärmetauscher ausgebildet. Einer der Böden 5 bildet zugleich einen Deckflansch und hat einen unterteilten Wasserkasten 7 zur Zuleitung und Ableitung des Fluids mittels Anschlüssen 9. Der gegenüberliegende Boden 6 hat einen ungeteilten Wasserkasten 8 zur Umlenkung des Fluids um 180°.
-
Zumindest die Flachrohre 2, Rippen 3, Seitenteile 4 und Böden 5, 6 des Wärmetauschers 1, insbesondere auch die Wasserkästen 7, 8, werden auf Aluminiumbasis hergestellt und in einem Lötofen miteinander verlötet.
-
Der Wärmetauscher 1 ist als Einschub in einen Ladeluftkanal mit einem Gehäuse 10 ausgebildet, das einen Eintritt 10a und einen Austritt 10b für die Ladeluft aufweist. Der Ladeluftkanal 10 kann dabei insbesondere aus Kunststoff oder auch Aluminium bestehen und hat eine Öffnung, in die der Wärmetauscher 1 einschiebbar ist. Dabei verschließt der als Deckflansch ausgebildete Boden 5 die Öffnung. Vorliegend sind in dem Boden 5 Bohrungen 5a zur Festlegung des Wärmetauschers an dem Gehäuse vorgesehen.
-
Der Wärmetauscher 1 hat zudem mehrere durchgängige Durchbrechungen 11 in den Seitenteilen 4, die mit einem Spalt zwischen den benachbarten Rohreihen 2a, 2b überdecken. Nach Einschub in das Gehäuse 10 werden Zuganker 12 in Form von Zugstangen, vorliegend Schraubenbolzen, durch Bohrungen 10c in dem Gehäuse 10 gesteckt, die den Wärmetauscher durch die Durchbrechungen 4 und den Spalt vollständig durchgreifen (siehe Schnittansicht 2).
-
Der Zuganker 12 wird mit einer Schraubenmutter 12a von außen an dem Gehäuse 10 gesichert. Da der Zuganker 12 den Wärmetauscher 1 vollständig durchgreift, ist er integriert mit diesem ausgebildet. Gleichwohl ist er nicht fest mit dem Wärmetauscher 1 verbunden, so dass eine thermische Dehnung des Wärmetauschers 1 und des Zugankers 12 unabhängig voneinander erfolgen.
-
Der Wärmetauscher 1 wird im Normalbetrieb als Ladeluftkühler eingesetzt, wobei in besonderen Betriebssituationen auch eine Erwärmung der Luft bewirkt werden kann. Der Wärmetauscher 1 wird in dem Gehäuse von der unter Überdruck stehenden und erhitzten Ladeluft in der X-Richtung durchströmt, wobei die Wärme über die umströmten Flachrohre an das in den Rohren strömende Fluid abgegeben wird. Durch den Druck der Verbrennungsluft ist das Gehäuse 10 mechanisch belastet. In der Z-Richtung wird durch die Zugstangen 12 eine Unterstützung des Gehäuses gegen den Überdruck bewirkt.
-
Bei dem zweiten Beispiel nach 3 und 4 ist der Wärmetauscher 1 in seinem Aufbau als einschiebbarer Rohrbündel-Wärmetauscher aus Flachrohren ebenso wie im ersten Beispiel ausgebildet. Im Unterschied zum ersten Beispiel ist der Wärmetauscher selbst Bestandteil eines Zugankers zur Stützung des Gehäuses 10 gegen den Druck der Verbrennungsluft.
-
Hierzu sind an dem Wärmetauscher 1 ein oberes und eine unteres Ankerglied 13 festgelegt. Die Ankerglieder 13 sind als Profilbalken ausgebildet, die mit ihren Enden jeweils in Ausformungen 14 in den gegenüberliegenden Böden 5, 6 form- oder stoffschlüssig aufgenommen sind.
-
Die Profilbalken können auf beliebige Weise, zum Beispiel als Strangpressprofil und/oder auf andere Weise, z.B. durch spanende Bearbeitung, Stanzen oder Gießen, hergestellt sein.
-
Vorliegend haben die Profilbalken einen T-förmigen Querschnitt, wobei der Querbalken des T-Querschnitts in eine korrespondierende Aufnahme 15 des Gehäuses formschlüssig einschiebbar ist. Die Enden 13a der Profilbalken können zur Anpassung an die Ausformungen 14 der Böden 5, 6 ausgeformt und/oder nachbearbeitet sein. In 3 sind zwei alternative Bearbeitungen der Enden der Profilbalken exemplarisch dargestellt.
-
Auf diese Weise wird eine auf das Gehäuse wirkende Druckkraft der Verbrennungsluft über die Aufnahmen 15 in der Z-Richtung auf die Profilbalken 13 und über die Profilbalken 13 zumindest in die Böden 5, 6 des Wärmetauschers 1 eingeleitet.
-
Die Profilbalken 13 liegen zweckmäßig an den Seitenteilen 4 bzw. Seitenflächen des Wärmetauschers 1 an, wodurch sie zugleich eine effektive Sperre gegen ungewünschte Leckströme der Verbrennungsluft an den Außenseiten des Wärmetauschers ausbilden. Zur weiteren mechanischen Versteifung und zur Verbesserung der Abdichtung gegen Leckströme können die Ankerglieder 13 auch mit den Seitenteilen 4 des Wärmetauschers flächig verlötet sein.
-
Die Ausformungen 14 in den Böden 5, 6 können insbesondere als Durchbrechungen oder als napfartige Einbuchtungen ausgebildet sein. Sie können je nach Anforderungen in Überdeckung mit einem Wasserkasten 7, 8 des Bodens 5, 6 liegen oder auch außerhalb des Wasserkastens. Im gezeigten Beispiel nach Fig, 3 liegen die Ausformungen 14 hierzu im Bereich von randseitig vorragenden Laschen des Bodens.
-
Im Beispiel nach 3 stehen die Profilbalken 13 in der Draufsicht teilweise über den Rand des Bodens 5, 6 über. Um eine einfache Funktion als Deckflansch zu gewährleisten kann es zum Beispiel vorgesehen sein, dass der Profilbalken nur bei dem in die Öffnung des Gehäuses eingeschobenen Boden 6 übersteht und sich innerhalb einer Überdeckung mit dem als Deckflansch fungierenden Boden 5 befindet (nicht dargestellt).
-
Bei dem in 5 gezeigten Beispiel sind an dem Gehäuse 10 mehrere Zuganker 12 in Form von materialeinheitlich einstückig ausgebildeten Vorsprüngen vorgesehen. Das Gehäuse 10 mit den Vorsprüngen 12 kann zum Beispiel ein Kunststoff-Spritzgussteil sein. Der (nicht dargestellte) Wärmetauscher ist zwischen den Zugankern 12 in das Gehäuse eingesetzt, so dass seine Seitenwände an den Zugankern 12 anliegen und von diesen in Position gehalten werden. Einige der Zuganker 12 sind im Profil auf der Seite des Eingangs 10a gebogen ausgeführt, um als Luftleitelemente zu fungieren und die Luft um etwa 90° in den Wärmetauscher hinein umzulenken. Ausgangsseitig haben einige der Zuganker 12 einen geraden Querschnitt, wobei sie ebenfalls eine Luftleitfunktion erfüllen, da sie mehrere Ausgänge 10b, die den einzelnen Zylindern eines Verbrennungsmotors zugeordnet sind, separieren. Weitere der Zuganker 12 sind als zentrale Vorsprünge ausgeführt, die analog zu dem Beispiel nach 2 den Wärmetauscher durchgreifen, zum Beispiel im Bereich zwischen zwei Tauscherreihen.
-
Die Vorsprünge bzw. Zuganker 12 sind im zusammengebauten Zustand fest mit nicht dargestellten korrespondierenden Gegenstücken eines anderen Gehäuseteils verbunden. Die zugfeste Verbindung kann zum Beispiel durch Verklebung, Verschweißung und/oder Verschraubung erfolgen.
-
Bei dem nicht erfindungsgemäßen Beispiel nach 6 umfasst der Zuganker 12 eine Zugstange aus Metall, die seitlich neben dem Wärmetauscher 1 angeordnet ist und ein oberes und ein unteres Seitenteil 16 des Wärmetauschers 1 miteinander verbindet. Der Wärmetauscher ist als Rohrbündel-Wärmetauscher ausgestaltet und die Seitenteile 16 sind vorliegend als profilierte Blechformteile fest mit dem Wärmetauscher 1 verlötet. Die Seitenteile 16 haben überstehende Kanten 16a, die in Armierungen 17 eingreifen. Die Armierungen 17 sind U-förmig gebogene Streifen aus Organoblech, die jeweils stoffschlüssig und formschlüssig in eine Tasche 18 des aus Kunststoff gegossenen Gehäuses 10 eingesetzt sind. Der Zuganker wird somit insgesamt durch die Seitenteile 16, die Armierungen 17, die Taschen 18 und die Zugstangen 12 gebildet.
-
Bei der Ausführung nach 7 liegt eine zu 6 ähnliche Anordnung vor, bei der aber die Zugstange 12 mit der Armierung 17 eine integrierte Einheit bildet. Diese Einheit kann zum Beispiel aus Metall sein oder auch aus zum Beispiel Organoblech. Je nach Anforderungen kann der Zuganker 12 mit dem Wärmetauscher 1 verlötet sein oder als separates Teil verbaut werden. Der Wärmetauscher kann, wie auch im Fall des Beispiels nach 6, insbesondere in die Armierung 17 eingeschoben werden.
-
Eine weitere Abwandlung des Prinzips aus 6 ist in 8 gezeigt. Hier ist der Zuganker 12 nach dem Einsetzen des Wärmetauschers 1 in die Armierung 17 vernietet und/oder verschraubt. Der Zuganker 12 kann an der Seite angeordnet sein oder auch den Wärmetauscher 1 wie im Beispiel nach 2 durchgreifen.
-
9 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Zuganker 12 als flächiges Bauteil nach Art eines Blechformteils 19 ausgebildet ist. Die Blechformteile 19 sind, anders als z.B. die Seitenteile in 6, an den lufteintrittsseitigen und/oder luftaustrittsseitigen Stirnseiten des Wärmetauschers 1 angeordnet und insbesondere gemeinsam mit dem Wärmetauscher verlötet. Die Blechformteile 19 haben zwischen Stegen 19a Durchbrechungen 19b, durch die die Ladeluft hindurchtreten kann. Randseitig steht das Blechteil 19 über den Wärmetauscher 1 über und hat Strukturen 20, vorliegend in Form von Bohrungen, mittels derer es mit dem Gehäuse zugbelastbar verbindbar ist.
-
Die Schnittansicht in 9 zeigt, dass zum Beispiel vorragende Nasen 20 einer Gehäusehälfte 10c die Bohrungen 19c durchgreifen und so die Blechteile 19 formschlüssig mit dem Gehäuse 10 verbinden. Zweckmäßig ist das Blechteil 19 im Bereich 22 der Verbindung zweier Gehäusehälften 10c, 10d am Gehäuse aufgenommen. Dabei bilden die Gehäusehälften 10c, 10d zwischen sich einen Hohlraum und/oder ein Labyrinth aus, das mit einem Dichtmittel 21 durch eine Spritzöffnung 22 verfüllt wird. Alternativ kann auch eine vorgeformte Dichtung eingelegt werden.
-
Die Zeichnungen 10a bis 10c zeigen ergänzende Abwandlungen zur Kombination eines integrierten Zugankers 12 mit Armierungen 17. Im Fall von 10a ist der Zuganker 12 mit einem endständigen Gewinde 23 in eine Aufnahme 24 des Gehäuses 10 eingeschraubt, wobei im Bereich der Aufnahme die Armierung 17 eingebunden ist, insbesondere stoffschlüssig. Die Armierung sorgt dabei für eine bessere Kraftverteilung und eine bessere Halterung des Gewindes 23.
-
Im Fall des Beispiels aus 10b ist die Zugstange zumindest auf einer Seite als Nietbolzen ausgeformt, der von außen mit einer Dichtscheibe 24 in das Gehäuse 10 eingeschoben ist. Eine Armierung 17 in Form eines Organoblechs ist im Einschubbereich zur Verstärkung angeordnet und wird von dem Nietbolzen ebenfalls durchgriffen.
-
Im Fall des Beispiels nach 10c hat der Zuganker bzw. Nietbolzen 12 zudem einen endseitigen Rasthaken 25, mittels dessen er eine gegenüberliegende Gehäuseseite, die ebenfalls von einer Armierung 17 verstärkt ist, verrastend durchgreift. Eine weitere Armierung 17 ist zur Ausformung einer Aufnahme für den Wärmetauscher 1 und eine Dichtung 26 benachbart vorgesehen.
-
Es versteht sich, dass die einzelnen Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele je nach Anforderungen sinnvoll miteinander kombiniert werden können.
