DE102012010340A1

DE102012010340A1 - Luftkasten für einen Ladeluftkühler eines Kraftfahrzeugsund Verfahren zur Herstellung eines Luftkastens

Info

Publication number: DE102012010340A1
Application number: DE201210010340
Authority: DE
Inventors: Thilo-Stefan Greb; Kai Goettlicher
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-05-25
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2013-11-28

Abstract

Ein Luftkasten (1) für einen Ladeluftkühler eines Kraftfahrzeugs ist einteilig als Spritzguss- oder Gussteil ausgebildet und weist in seinem Innern einen Einsatz (5) auf, dessen Form für eine optimierte Luftströmung durch den Luftkasten (1) bei möglichst geringem Druckverlust ausgelegt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Luftkasten für einen Ladeluftkühler eines Kraftfahrzeugs. Sie betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Luftkastens.
Ladeluft für aufgeladene Motoren wird gekühlt, um Motorteile zu schonen und um den Sauerstoffgehalt pro Volumeneinheit und damit die Leistungsfähigkeit des Motors zu erhöhen. Ladeluftkühler umfassen typischerweise drei Komponenten: jeweils einen Luftkasten am Eingang und am Ausgang und ein dazwischen angeordnetes Kühlernetz. Für PKW sind besonders leichte und einfach herzustellende Luftkästen aus Kunststoff, beispielsweise aus Polyamid, üblich. Die Luftkästen können, beispielsweise bei schweren Nutzfahrzeugen, auch aus Metall ausgebildet sein, beispielsweise aus Aluminium-Kokillenguss.
Aus der DE 196 45 507 A1 ist ein Ladeluftkühler mit Luftkästen am Eingang und am Ausgang bekannt. Die Luftkästen dienen zur Sammlung und zur Leitung der Luft in das Kühlernetz. Um die Abmessungen des Ladeluftkühlers zu verringern, ist der Weg der Ladeluft durch den Luftkasten gekrümmt ausgebildet.
Im Luftkasten, insbesondere im strömungsmediumsseitig hinter der Krümmung liegenden Bereich, kommt es zu Verwirbelungen der durchströmenden Luft und somit zu Energieverlusten, die einen Druckabfall und damit einen Leistungsverlust bewirken. Teilweise werden Luftkästen daher aus zwei Schalen gefertigt, die auf ihrer Innenseite Strömungsleitkonturen aufweisen, die Verwirbelungen reduzieren. Diese beiden Schalen werden miteinander verschweißt. Die Herstellung ist somit verhältnismäßig aufwendig. Die Herstellung des strömungsoptimierten Luftkastens aus einem einzigen Teil in einem Gussprozess ist jedoch werkzeugtechnisch nicht möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Luftkasten für einen Ladeluftkühler eines Kraftfahrzeugs anzugeben, in dem Verwirbelungen der durchströmenden Luft möglichst gering sind. Weiter soll ein möglichst ökonomisches Verfahren zur Herstellung eines solchen Luftkastens angegeben werden.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Luftkasten für einen Ladeluftkühler eines Kraftfahrzeugs angegeben, wobei der Luftkasten einteilig als Spritzguss- oder Gussteil ausgebildet ist und in seinem Innern einen Einsatz aufweist, dessen Form für eine optimierte Luftströmung durch den Luftkasten bei möglichst geringem Druckverlust ausgelegt ist.
Ein derartiger Luftkasten ist somit in einem einzigen Teil gegossen und nicht aus mehreren Schalen hergestellt. Dies ist entformungstechnisch möglich, weil im Innern des Luftkastens keine Strömungsleitelemente zur Reduktion von Verwirbelungen vorgesehen sind. Derartige Strömungsleitelemente werden nach der Entformung in Form eines separaten Einsatzes in den Luftkasten eingebracht. Der Einsatz wird auf der Innenseite des Luftkastens befestigt.
Der Luftkasten weist den Vorteil auf, dass er als Spritzguss- oder Gussteil besonders ökonomisch mit hoher Taktrate herstellbar ist. Gleichzeitig werden aber Verwirbelungen durch den separaten Einsatz reduziert. Somit wird der Druckabfall von durch den Luftkasten strömender Ladeluft reduziert.
Zudem ist es möglich, einen Standardluftkasten herzustellen und mit unterschiedlichen Einsätzen zu kombinieren, wobei jeweils der passende Einsatz für den mit dem Ladeluftkühler kombinierten Motor gewählt wird. Dies ist vorteilhaft, weil auf diese Weise besonders einfach die Luftströmung im Luftkasten für verschiedene Motoren optimiert werden kann, ohne den Luftkasten selbst anzupassen.
In einer Ausführungsform weist der Luftkasten in Strömungsrichtung einen Einlass und einen Auslass und dazwischen einen gekrümmten Bereich auf, wobei der Einsatz zwischen dem gekrümmten Bereich und dem Auslass angeordnet ist. Ein derartiger Luftkasten ist sowohl für die Anordnung am Eingang des Ladeluftkühlers vor dem Kühlernetz als auch für die Anordnung am Ausgang des Ladeluftkühlers hinter dem Kühlernetz geeignet.
Der Einsatz bewirkt dabei, dass die Verwirbelungen, die aufgrund der Leitung der Ladeluft durch den gekrümmten Luftkasten im Bereich hinter dieser Krümmung oder Biegung auftreten würden, vermindert werden.
In einer Ausführungsform sind der Luftkasten und der Einsatz aus Kunststoff ausgebildet. Als Kunststoff ist beispielsweise Polyamid geeignet. Derartige Ladeluftkästen sind besonders wirtschaftlich im Spritzgießprozess herstellbar und weisen ein geringes Gewicht auf.
In einer Ausführungsform sind der Luftkasten und/oder der Einsatz aus Metall ausgebildet. Luftkästen aus Metall weisen eine größere Festigkeit und Temperaturbeständigkeit auf als solche aus Kunststoff. Sie können deshalb vorteilhaft in Spezialanwendungen, beispielsweise bei Nutzfahrzeugen, eingesetzt werden. Der Einsatz kann ebenfalls aus Metall ausgebildet sein, oder, wenn dessen Robustheit für die Anwendung ausreicht, auch aus einem Kunststoff.
In einer Ausführungsform ist der Einsatz mit dem Luftkasten verklebt. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Einsatz und der Luftkasten aus Kunststoff ausgebildet sind.
Der Einsatz kann mit dem Luftkasten auch verschweißt sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Einsatz auch mit dem Luftkasten verclipst sein.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug mit dem beschriebenen Ladeluftkühler angegeben.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Luftkastens für einen Ladeluftkühler eines Kraftfahrzeugs angegeben, wobei das Verfahren folgendes aufweist: Zunächst wird ein Basisluftkasten in einem Spritzguss- oder Gießverfahren hergestellt. Zudem wird ein Einsatz für den Basisluftkasten bereitgestellt, dessen Form für eine optimierte Luftströmung durch den Luftkasten bei möglichst geringem Druckverlust ausgelegt ist. Anschließend wird der Einsatz in den Basisluftkasten eingebracht und mit diesem verbunden.
Das Verfahren hat den Vorteil, dass die Herstellung des Basisluftkastens in einem Stück mittels eines Spritzgieß- oder Gussprozesses erfolgen kann, weil der Basisluftkasten keine Bereiche aufweist, die bei der Entformung Probleme bereiten.
In einer Ausführungsform erfolgt vor dem Bereitstellen des Einsatzes für den Basisluftkasten eine Strömungsanalyse der durch den Luftkasten strömenden Luft. Diese Analyse kann insbesondere durch eine Simulation erfolgen. Dabei wird die für eine Reduzierung der Verwirbelungen optimale Form des Einsatzes ermittelt und der Einsatz entsprechend hergestellt oder angepasst.
In einer Ausführungsform erfolgt das Verbinden durch Verkleben. Alternativ kann das Verbinden auch durch Verschweißen erfolgen.
Alternativ oder zusätzlich kann das Verbinden auch durch Verclipsen erfolgen. Dabei ist es denkbar, dass Clipse als Positionierhilfe und temporäre Verbindung verwendet werden und eine weitere Verbindung von Luftkasten und Einsatz durch Verkleben oder Verschweißen erfolgt.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
1 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Luftkasten für einen Ladeluftkühler gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
2 zeigt schematisch den Luftkasten gemäß 1 in einer perspektivischen Ansicht.
Gleiche Teile sind in beiden Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt einen Luftkasten 1 für einen Ladeluftkühler eines Kraftfahrzeugs. Ein derartiger Luftkasten 1 kann sowohl am Eingang als auch am Ausgang des Kühlers angeordnet sein. In 1 ist ein Luftkasten 1 für den Eingang eines Kühlers gezeigt.
Der Luftkasten 1 weist einen Eingang 2 und einen Ausgang 3 auf. Die Strömungsrichtung der Ladeluft ist schematisch durch die Pfeile 4 gekennzeichnet. Der Eingang 2 wird mit einem Ansaugrohr für Ladeluft verbunden, der Ausgang 3 mit einem nicht gezeigten Kühlernetz für eine Luft- oder Wasserkühlung der Ladeluft.
Der Luftkasten 1 ist aus Kunststoff ausgebildet und in einem Spritzgießverfahren hergestellt. Er weist einen Einsatz 5 auf, der ebenfalls aus Kunststoff ausgebildet ist. Der Einsatz 5 weist in der gezeigten Ausführungsform eine Aufwölbung zum Innenraum des Luftkastens 1 hin auf. Der Einsatz 5 ist strömungsmediumsseitig hinter dem Bereich 6 des Luftkastens 1 positioniert, in dem die einströmende Luft eine Biegung macht. Der abgewinkelte Bereich 6 bewirkt dabei einen geringeren Bauraumbedarf des Ladeluftkühlers.
Da die Ladeluft um die Biegung geleitet wird, bilden sich in dem Bereich 7 hinter der Biegung Verwirbelungen. Um diese zu minimieren, ist der Einsatz 5 vorgesehen. Die Form des Einsatzes 5 ist anhand von Simulationen optimiert worden, um Verwirbelungen und damit einen Druckverlust am Luftkasten 1 zu minimieren.
Die Anordnung des Einsatzes 5 und seine Form sind auch in der perspektivischen Ansicht in 2 zu erkennen.
Zur Herstellung des Luftkastens 1 wird folgendermaßen vorgegangen: Zunächst wird ein Basisluftkasten aus einem Kunststoff im Spritzgießverfahren hergestellt. Durch Simulation wird die Form des Einsatzes 5 bestimmt und der Einsatz 5 wird entsprechend hergestellt, beispielsweise ebenfalls im Spritzgießverfahren oder in einem Umformverfahren. Anschließend wird der Einsatz 5 in den Luftkasten 1 eingebracht und im Bereich 7 hinter der Biegung positioniert. Er wird mit dem Luftkasten 1 fest verbunden, beispielsweise mittels Verkleben, Verschweißen und/oder Verclipsen.
Anschließend kann der Luftkasten 1 mit den übrigen Komponenten des Ladeluftkühlers verbunden werden.
Obwohl zumindest eine beispielhafte Ausführungsform in der vorhergehenden Beschreibung gezeigt wurde, können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden. Die genannten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele und nicht dazu vorgesehen, den Gültigkeitsbereich, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration in irgendeiner Weise zu beschränken. Vielmehr stellt die vorhergehende Beschreibung dem Fachmann einen Plan zur Umsetzung zumindest einer beispielhaften Ausführungsform zur Verfügung, wobei zahlreiche Änderungen in der Funktion und der Anordnung von in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elementen gemacht werden können, ohne den Schutzbereich der angefügten Ansprüche und ihrer rechtlichen Äquivalente zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Luftkasten
2: Eingang
3: Ausgang
4: Pfeil
5: Einsatz
6: Bereich
7: Bereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19645507 A1 [0003]

Claims

Luftkasten (1) für einen Ladeluftkühler eines Kraftfahrzeugs, wobei der Luftkasten (1) einteilig als Spritzguss- oder Gussteil ausgebildet ist und in seinem Innern einen Einsatz (5) aufweist, dessen Form für eine optimierte Luftströmung durch den Luftkasten (1) bei möglichst geringem Druckverlust ausgelegt ist.
Luftkasten (1) nach Anspruch 1, wobei der Luftkasten (1) in Strömungsrichtung einen Einlass (2) und einen Auslass (3) und dazwischen einen gekrümmten Bereich (6) aufweist, wobei der Einsatz (5) zwischen dem gekrümmten Bereich (6) und dem Auslass (3) angeordnet ist.
Luftkasten (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Luftkasten (1) und der Einsatz (5) aus Kunststoff ausgebildet sind.
Luftkasten (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Luftkasten und/oder der Einsatz (5) aus Metall ausgebildet sind.
Luftkasten (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Einsatz (5) mit dem Luftkasten (1) verklebt ist.
Luftkasten (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Einsatz (5) mit dem Luftkasten (1) verschweißt ist.
Luftkasten (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Einsatz (5) mit dem Luftkasten (1) verclipst ist.
Kraftfahrzeug mit Ladeluftkühler, der mindestens einen Luftkasten (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Luftkastens (1) für einen Ladeluftkühler eines Kraftfahrzeugs, wobei das Verfahren folgendes aufweist: – Herstellen eines Basisluftkastens in einem Spritzguss- oder Gießverfahren; – Bereitstellen eines Einsatzes (5) für den Basisluftkasten, dessen Form für eine optimierte Luftströmung durch den Luftkasten (1) bei möglichst geringem Druckverlust ausgelegt ist. – Einbringen des Einsatzes (5) in den Basisluftkasten und Verbinden des Einsatzes (5) mit dem Basisluftkasten.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei vor dem Bereitstellen des Einsatzes (5) für den Basisluftkasten eine Strömungsanalyse der durch den Luftkasten (1) strömenden Luft erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Verbinden durch Verkleben erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Verbinden durch Verschweißen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei das Verbinden durch Verclipsen erfolgt.