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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager für ein Kraftfahrzeug mit in jeweils einem Rohrboden gefangenen Rohren sowie mit zwei Seitenteilen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Seitenteil für einen solchen Wärmeübertrager.
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Aus der
DE 197 53 408 A1 ist ein gattungsgemäßer Wärmeübertrager für ein Kraftfahrzeug mit in jeweils einem Rohrboden gefangenen Rohren sowie mit zwei Seitenteilen bekannt. Die Seitenteile sind dabei außerhalb einer Netzstruktur mit Dehnungsfugen versehen, wobei eine solche Dehnungsfuge auf Höhe der Netzstruktur eines Rippen-/Rohrblocks angeordnet ist. Hierdurch soll es möglich sein, Wärmespannungen innerhalb des Rippen-/Rohrblocks mit einfachen Mitteln ausgleichen zu können.
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Aus der
WO 2014/068957 A1 ist ein Wärmeübertrager bekannt, an dessen Seitenteile in einem Längsendbereich Clipsverbindungen zum Anschluss an einen Rohrboden vorgesehen sind.
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Aufgrund unterschiedlichster Lastfälle im Einsatz werden die Rohre vom Wärmeübertrager unter anderem auf Biegung belastet, was über eine bestimmte Zeit zu einer Rissbildung am jeweiligen Rohr führen kann. Um eine derartige Rissbildung möglichst lange hinauszögern zu können, sollten diese Rohre abgestützt werden. Eine derartige Abstützfunktion kann beispielsweise durch ein Seitenteil mit einem U-förmigen Querschnitt erfolgen, wodurch ein solches Seitenteil bereits eine deutlich höhere Biegesteifigkeit aufweist als ein flaches Seitenteil. Trotzdem kann es vorkommen, dass selbst U-förmige Seitenteile keine ausreichend hohe Biegesteifigkeit bieten.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Wärmeübertrager der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, welche es auf konstruktiv einfache Art und Weise ermöglicht, Rohre in einem Wärmeübertrager abzustützen und dadurch zu entlasten.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, wenigstens ein Seitenteil eines Wärmeübertragers mit wenigstens einer in Längsrichtung des Seitenteils verlaufenden, eingeprägten Aussteifungssicke zu versehen, die sich über zumindest eine Teillänge oder begrenzt auf eine Teillänge des Seitenteils erstreckt und die bis zumindest einem Längsende des Seitenteils durchgeht. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Aussteifungssicke, die nicht schon vor dem Längsendbereich endet, sondern bis zum Längsende des Seitenteils durchgeht, kann insbesondere ein Eckbereich des Wärmeübertragers, in welchem das Seitenteil mit einem Rohrboden desselben verbunden ist, deutlich besser ausgesteift werden. Mittels der zumindest einen eingeprägten Aussteifungssicke kann darüber hinaus ein hohes Widerstandsmoment gegen Biegung erreicht werden. Eine derartige Aussteifungssicke kann dabei mit einem entsprechenden Prägewerkzeug einfach hergestellt werden, so dass zur Herstellung des erfindungsgemäßen Seitenteils im Vergleich zu einem herkömmlichen Seitenteil lediglich ein anderes Prägewerkzeug verwendet werden muss. Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager weist dabei vorzugsweise zwei solcher Seitenteile auf, die jeweils längsendseitig mit einem Rohrboden bzw. Sammler verbunden sind. In diesem Rohrboden bzw. Sammler wiederum sind einzelne Rohre eines Wärmeübertragerblocks gefangen, wobei zwischen den Rohren wiederum eine Wellrippenstruktur zur Erhöhung der Wärmeübertragung angeordnet ist. Prinzipiell kann ein solcher Wärmeübertrager als Ladeluftkühler ausgebildet sein. Generell kann somit mit dem erfindungsgemäßen Seitenteil ein im Übrigen konventioneller Wärmeübertrager deutlich verbessert werden, da die erfindungsgemäßen Seitenteile die dazwischen angeordneten Rohre des Wärmeübertragerblocks abstützen und dadurch deren Biegebelastung reduzieren.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist das Seitenteil an seinem die Aussteifungssicke aufweisenden Längsende zumindest im Bereich der Aussteifungssicke stoffschlüssig mit dem zugehörigen Rohrboden verbunden. Durch das stoffschlüssige Verbinden, beispielsweise das Verschweißen, der Aussteifungssicke mit dem zugehörigen Rohrboden kann ein besonders biegesteifer Rahmen zur Aufnahme und Abstützung eines darin angeordneten Wärmeübertragerblocks geschaffen werden. Die stoffschlüssige Verbindung kann dabei selbstverständlich alternativ zu einem Verschweißen auch mittels eines Verlötens erfolgen.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung entspricht eine Breite B2 eines Fußbereichs der Aussteifungssicke ca. 30 bis 75% der Breite B1 des Seitenteils. Hierdurch ist klar ersichtlich, dass die Aussteifungssicke lediglich einen Teil der Breite B1 des Seitenteils abdeckt, was vorteilhaft für die Biegesteifigkeit des Seitenteils ist. Hierdurch ist die mindestens erforderliche Auflagefläche zwischen Seitenteil und erstem Rohr bzw. Wellrippe erfüllt.
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Zweckmäßig entspricht eine Breite B3 eines Kopfbereichs der Aussteifungssicke ca. 20 bis 80% der Breite B2 des Fußbereichs der Aussteifungssicke. Hierdurch kann eine im Querschnitt trapezartige Form der Aussteifungssicke erreicht werden, welche sich besonders gut mittels Prägewerkzeugen herstellen lässt. Durch die schräg angeordneten Seitenwände der Aussteifungssicke kann darüber hinaus die erfindungsgemäße Seitenwand auch optimal gegenüber einem Verdrehen um eine Längsachse ausgesteift werden.
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Zweckmäßig entspricht eine Höhe H2 der Aussteifungssicke ca. 50 bis 100% der Höhe H1 des Seitenteils. Je größer dabei die Höhe H2 der Aussteifungssicke ist, umso biegesteifer kann das Seitenteil gestaltet werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung sind zwei Aussteifungssicken vorgesehen, die jeweils bis zu einem gegenüberliegenden Längsende des Seitenteils durchgehen, wobei zwischen den beiden Aussteifungssicken ein Dehnungsabschnitt vorgesehen ist, der quer zu den Aussteifungssicken verläuft. Mittels eines derartigen Dehnungsabschnitts ist es insbesondere möglich, Temperaturdehnungen in Längsrichtung des Seitenteils vergleichsweise einfach aufzunehmen. Durch die verbesserte Aufnahmefähigkeit von temperaturbedingten Dehnungen werden temperaturbedingte Spannungen im Material des Seitenteils minimiert, wodurch die Lebensdauer des Kühlerblocks verlängert werden kann.
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Zweckmäßig weist das zumindest eine Seitenteil zwei entlang seiner Längsränder aufgestellte Schenkel auf. Mittels zweier derart aufgestellter Schenkel kann somit ein im Querschnitt U- bzw. W-förmiges Seitenteil geschaffen werden, welches im Vergleich zu lediglich einem Seitenteil mit einer erfindungsgemäßen Aussteifungssicke eine weiter gesteigerte Biegesteifigkeit aufweist.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist zumindest ein Seitenteil wenigstens eine Ausformung, beispielsweise eine ausgestanzte Lasche, zur Fixierung einer Wellrippenstruktur auf. Eine derartige Ausformung kann ebenfalls mittels eines Prägewerkzeugs bzw. eines Stanz-/Umformwerkzeugs vergleichsweise einfach und insbesondere gleichzeitig mit der Fertigung des Seitenteils hergestellt werden und dient dazu, eine zwischen dem Seitenteil und dem benachbarten Rohr des Wärmeübertragerblocks angeordnete Wellrippenstruktur zur verbesserten Wärmeübertragung zu fixieren.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Seitenteil für einen zuvor beschriebenen Wärmeübertrager zu schaffen, das wenigstens eine in Längsrichtung des Seitenteils verlaufende, eingeprägte Aussteifungssicke aufweist, die sich über zumindest eine Teillänge oder begrenzt über eine Teillänge des Seitenteils erstreckt und die bis zumindest einem Längsende des Seitenteils durchgeht. Wie in den vorherigen Abschnitten bereits ausführlich erläutert wurde, kann durch ein derartiges Seitenteil die Biegesteifigkeit desselben deutlich verbessert werden und damit eine optimale Abstützung von Rohren eines Wärmeübertragerblocks des Wärmeübertragers geschaffen werden.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
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1 einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager in einer teilweise geschnittenen Ansicht,
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2 eine Ansicht auf ein erfindungsgemäßes Seitenteil,
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3 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Seitenteils,
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4 eine Draufsicht auf ein an einem Sammler angeschlossenen Seitenteil,
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5 eine Seitenansicht der 4,
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6a–c unterschiedliche Schnittdarstellungen durch ein Seitenteil mit unterschiedlich ausgeprägten Ausformungen zur Fixierung einer Wellrippenstruktur.
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Entsprechend der 1, weist ein erfindungsgemäßer Wärmeübertrager 1 für ein Kraftfahrzeug, der beispielsweise als Ladeluftkühler ausgebildet sein kann, jeweils in einem Rohrboden 2 bzw. Sammler 14 gefangene/gehaltene Rohre 3 sowie zwei Seitenteile 4 auf. Zwischen den einzelnen Rohren 3 ist dabei eine wärmeübertragende Struktur, insbesondere eine Wellrippenstruktur 5, angeordnet. Um nun eine thermisch bedingte Biegung der einzelnen Rohre 3 minimieren zu können, ist wenigstens eines der Seitenteile 4 mit einer in Längsrichtung desselben verlaufenden, eingeprägten Aussteifungssicke 6 versehen (vgl. auch die 2 bis 6), die sich über eine Teillänge L2 des Seitenteils 4 erstreckt und die bis zumindest einem Längsende 7 des Seitenteils 4 durchgeht. Durch das Vorsehen der erfindungsgemäßen in das Seitenteil 4 eingeprägten Aussteifungssicke 6 kann die Biegesteifigkeit des Seitenteils 4 erheblich gesteigert und damit die Rohre 3 ausgesteift werden, wodurch deren Biegebelastung reduziert werden kann. Dies führt insgesamt zu einer reduzierten Biegebelastung der Rohre 3 und damit zu einer verlängerten Lebensdauer.
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Betrachtet man die 2 und 3, so kann man erkennen, dass die Länge L2 der Aussteifungssicke 6 ca. 5 bis 30% der Länge L1 des Seitenteils 4 entspricht. Eine Breite B2 eines Fußbereichs 8 der Aussteifungssicke 6 entspricht ca. 30 bis 75% der Breite B1 des Seitenteils 4, wie dies aus 3 deutlich zu erkennen ist. Zudem entspricht eine Breite B3 eines Kopfbereichs 9 der Aussteifungssicke 6 ca. 20 bis 80% der Breite B2 des Fußbereichs 8 der Aussteifungssicke 6. Die Höhe H2 der Aussteifungssicke 6 entspricht ca. 50 bis 100% der Höhe H1 des Seitenteils 4. Durch die gewählten Abmessungen kann eine einerseits leichte und einfach mittels eines entsprechenden Formwerkzeugs herstellbare Form geschaffen werden, die andererseits eine vergleichsweise hohe Biegesteifigkeit aufweist.
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Um die Biegesteifigkeit weiter erhöhen zu können, kann das Seitenteil 4 zwei entlang seiner Längsränder aufgestellte Schenkel 10 aufweisen, die dem Seitenteil 4 im Bereich der Aussteifungssicke 6 einen W-förmigen Querschnitt verleihen (vgl. 3), wogegen sie dem Seitenteil 4 in einem Bereich 11 zwischen den beiden Aussteifungssicken 6 einen U-förmigen Querschnitt geben.
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Betrachtet man die 2, so kann man erkennen, dass zwei Aussteifungssicken 6 vorgesehen sind, die jeweils bis zu einem Längsende 7 des Seitenteils 4 durchgehen. Darüber hinaus sind zwei Dehnungsabschnitte 12 vorgesehen, die zwischen den beiden Aussteifungssicken 6 angeordnet sind und quer zu diesen verlaufen. Die beiden Dehnungsabschnitte 12 trennen dabei den Bereich 11 von den beiden Aussteifungssicken 6. Mittels der beiden Dehnungsabschnitte 12 kann insbesondere eine Kompensation von thermisch bedingten Dehnungen in Längsrichtung des Seitenteils 4 einfach erfolgen.
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Betrachtet man die 3 weiter, so kann man an dieser, ebenso wie an den 6a–c, Ausformungen 13 erkennen, die zur Fixierung der Wellrippenstruktur 5 dienen. Die Ausformungen 13 können dabei beispielsweise als ausgestanzte Lasche ausgebildet sein, wie dies beispielsweise gemäß der 3 dargestellt ist oder aber auch einen quaderförmigen Querschnitt (vgl. 6a), einen dreieckförmigen Querschnitt (vgl. 6b) oder einen halbkugelförmigen Querschnitt (vgl. 6c) aufweisen.
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Um eine möglichst feste Verbindung zwischen dem Seitenteil 4 und dem Rohrboden 2 bzw. einem Sammler 14 (vgl. 4 und 5) zu gewährleisten, ist das Seitenteil 4 an seinem die Aussteifungssicke 6 aufweisenden Längsende 7 zumindest im Bereich der Aussteifungssicke 6 stoffschlüssig mit dem zugehörigen Rohrboden 2 bzw. dem zugehörigen Sammler 14 verbunden. In gleicher Weise können selbstverständlich zusätzlich auch die beiden Schenkel 10 stoffschlüssig mit dem Rohrboden 2 bzw. dem Sammler 14 verbunden werden, wodurch zwischen dem Rohrboden 2 bzw. dem Sammler 14 und dem Seitenteil 4 eine besonders steife Eckverbindung entsteht, durch welche die zwischen den Seitenteilen 2 angeordnete Rohre 3 abgestützt und dadurch hinsichtlich einer Biegebelastung entlastet werden können. Die stoffschlüssige Verbindung ist dabei mit dem Bezugszeichen 15 bezeichnet. Die stoffschlüssige Verbindung 15 kann beispielsweise als Schweißnaht oder als Verlötung ausgeführt sein.
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Mit dem erfindungsgemäßen Seitenteil 4 kann somit zusammen mit dem zugehörigen Rohrboden 2 bzw. dem zugehörigen Sammler 14 ein vergleichsweise steifer, insbesondere biegesteifer, Rahmen geschaffen werden, in welchem ein aus Wellrippenstruktur 5 und Rohren 3 gebildeter Wärmeübertragerblock fixiert ist. Durch die biegesteife Ausbildung der Seitenteile 4 können insbesondere die Rohre 3 abgestützt und damit deren Biegebelastung reduziert werden.
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Betrachtet man nochmals die 3, so kann man erkennen, dass die Breite B3 der Aussteifungssicke 6 im Kopfbereich 9 deutlich kleiner ist als die Breite B2 im Fußbereich 8, wodurch sich ein im Wesentlichen trapezförmiger Querschnitt der Aussteifungssicke 6 ergibt. Ein derartiger Querschnitt mit schrägen Seitenwänden lässt sich besonders einfach mittels eines entsprechenden Umformwerkzeugs herstellen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19753408 A1 [0002]
- US 5447192 A [0003]
- US 6357520 B1 [0003]
- WO 2014/068957 A1 [0004]
