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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit einem oberen und einem unteren Sammler gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem solchen Wärmetauscher.
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Aus der
DE 2010 028 867 A1 ist ein gattungsgemäßer Wärmeübertrager mit einem oberen und einem unteren Sammler bekannt, die über zwei außenliegende Seitenteile und dazwischen angeordnete Tauscherrohre miteinander verbunden sind. Die Seitenteile sind dabei als Hohlkörper ausgebildet, wobei ein Eintrittsstutzen für Kühlmittel an einem der Seitenteile angeordnet ist. Ein Austrittsstutzen ist dabei unmittelbar neben dem Eintrittsstutzen im Bereich des oberen Sammlers angeordnet. Hierdurch soll eine bauraumoptimierte Anordnung der Anschlüsse erreicht werden.
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Aus der
DE 10 2008 006 474 A1 ist ein weiterer Wärmeübertrager mit einem eine Eintrittsöffnung aufweisenden Sammler bekannt, wobei der Wärmeübertrager Flachrohre und zwischen den Flachrohren angeordnete Kühlrippen aufweist und wobei die Flachrohre strömungstechnisch mit dem Sammler verbunden sind. An einer Wand des Sammlers sind dabei Leitelemente angeordnet, die den durch die Eintrittsöffnung eintretenden Medienstrom in Teilströme aufteilen. Um einen Druckverlust weiter reduzieren zu können, wurde dabei eine Einströmöffnung in Einströmöffnungsquerschnitte aufgeteilt.
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Aus der
DE 10 2007 006 837 A1 ist ein Wärmeübertrager mit einem Tank und einem Kern sowie einer Mehrzahl von Rohren bekannt, die in einer Längsrichtung des Tanks gestapelt sind und in kommunizierender Verbindung mit dem Tank stehen. Der Tank bildet dabei den Sammler. Der Wärmeübertrager weist ferner eine Einlassöffnung zum Einleiten eines Fluid in den Tank und einen ersten Vorsprung auf einer Innenwand des Tanks an einer Position auf, an der das von der Einlassöffnung strömende Fluid auftrifft. Der erste Vorsprung ist dahingehend ausgestaltet, dass eine Strömungsrichtung eines aus der Einlassöffnung strömenden Fluids in die Längsrichtung des Tanks umgelenkt wird.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Wärmeübertrager der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, welche nicht nur kostengünstig ist, sondern zudem auch eine Bauraumoptimierung ermöglicht.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem an sich bekannten Wärmeübertrager mit einem oberen und einem unteren Sammler und sowie einer Mehrzahl von zwischen den Sammlern angeordneten Tauschrohren, zumindest ein als Hohlkörper ausgebildetes Seitenteil vorzusehen und sowohl den Eintrittsstutzen als auch den Austrittsstutzen an dem gleichen Seitenteil oder aber an einem gegenüberliegenden Seitenteil anzuordnen. Durch die Ausbildung des zumindest einen Seitenteils als Hohlkörper kann dieses zur Ver- und Entsorgung der Sammler mit Kühlmittel eingesetzt werden und insbesondere ist es auch möglich, bezogen auf die Höhe des Seitenteiles den Einlassstutzen und/oder Auslassstutzen nahezu beliebig anzuordnen, so dass nicht nur ein flexibler Aufbau gewährleistet werden kann, sondern zu dem auch eine Bauraumoptimierung, insbesondere im Hinblick auf die Höhe des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers. Rein theoretisch ist es dabei auch denkbar, dass für beide Seitenteile Gleichteile verwendet werden, sodass auf der einen Seite ein Seitenteil mit einem Einlassstutzen und auf der gegenüberliegenden Seite ein Seitenteil mit einem Auslassstutzen vorgesehen wird. Durch die Ausbildung der beiden Seitenteile als Gleichteile lassen sich insbesondere die Teilevielfalt und verbunden damit auch die Lage- und Logistikkosten reduzieren. Um darüber hinaus eine optimale Durchströmung des Sammlers und damit auch des Wärmeübertragers erreichen zu können, ist im Bereich des Seitenteils ein Leitelement vorgesehen, welches einströmendes Kühlmittel zu einem der Sammler, beispielsweise zum oberen Sammler, umlenkt. Ein derartiges Leitelement bewirkt eine Umlenkung des einströmenden Kühlmittelstroms ohne größeren Druckverlust. Das Seitenteil kann dabei direkt an ein Tauscherrohr oder eine dazwischen angeordnete Wellrippe angeschlossen sein.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist der Austrittsstutzen an dem gleichen Seitenteil angeordnet wie der Eintrittsstutzen und zwischen den Eintrittsstutzen und dem Austrittsstutzen ist zudem eine Trennwand angeordnet. Die Ver- und Entsorgung des Wärmeübertragers mit Kühlmittel erfolgt somit über lediglich ein Seitenteil, wodurch insbesondere Vorteile hinsichtlich der Leitungsführung erzielt werden können. Die Trennwand zwischen dem Eintrittsstutzen und dem Austrittstutzen in dem Seitenteil gewährleistet dabei, dass das Kühlmittel zunächst über den Eintrittsstutzen in das Seitenteil und über dieses in den einen Sammler und von dort über die Tauscherrohre in den anderen Sammler und über das gleiche Seitenteil zum Austrittsstutzen geleitet wird. Ein Kurzschluss zwischen Eintrittsstutzen und Austrittsstutzen ist aufgrund der Trennwand nicht möglich.
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Rein theoretisch ist dabei auch denkbar, dass die Trennwand nicht quer zur Längserstreckung des Seitenteils verläuft, sondern parallel dazu. Hierdurch kann insbesondere eine andere Strömungsführung durch die Tauscherrohre erreicht werden.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung einer erfindungsgemäßen Lösung ist der Eintrittsstutzen und/oder der Austrittsstutzen mit dem Seitenteil verschweißt, verlötet, verpresst, verklebt oder verschraubt. Besonders ein Verlöten bzw. Verschweißen oder Verpressen ermöglicht eine dichte und fertigungstechnisch hochqualitative Verbindung des Eintrittsstutzens bzw. des Austrittsstutzens mit dem Seitenteil, ohne dass eine zusätzliche Dichtung erforderlich ist. Bei einem Verschrauben des jeweiligen Stutzens mit dem Seitenteil besteht die Möglichkeit, eine lösbare Verbindung zwischen dem Eintrittsstutzen/Austrittsstutzen und dem Seitenteil zu schaffen. In gleicher Weise kann dies auch über einen Bajonettverschluss realisierst werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist im Bereich zumindest eines Sammlers eine strömungsumlenkende Kontur vorgesehen. Diese kann beispielsweise am Seitenteil angeordnet sein und in den Sammler hinein ragen oder als separates Bauteil im Sammler ausgebildet sein oder durch einen entsprechend geformte Wandung des Sammlers gebildet werden. Bereits diese nicht unbedingt abschließende Aufzählung lässt erahnen, welche mannigfaltige Möglichkeiten zur druckoptimierten Strömungsumlenkung des Kühlmittels am Übergang zwischen Seitenteil und Sammler bestehen.
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Zweckmäßig sind der Eintrittsstutzen und der Austrittsstutzen in einem gemeinsamen zweiflutigen Anschlussstutzen zusammengefasst, wobei eine Wand des Anschlussstutzens derart verlängert ist und in das Seitenteil hineinragt, das diese dort wiederum als Trennwand wirken kann. Hierdurch kann eine besonders optimierte Ausführungsform realisiert werden, während lediglich ein Anschlussstutzen gegenüber dem Seitenteil abgedichtet werden muss. Über diesen Anschlussstutzen wird sowohl der Einlass als auch der Auslass für Kühlmittel realisiert.
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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 Bauteile beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager mit einer durch eine entsprechend geformte Wandung am Sammler gebildete strömungsumlenkenden Kontur,
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2 eine Darstellung wie in 1, jedoch mit einer als separaten Bauteil im Sammler ausgebildeten strömungsumlenkenden Kontur,
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3 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers mit in einem gemeinsamen Anschlussstutzen zusammengefassten Eintrittsstutzen und Austrittsstutzen,
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4 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager im Bereichs eines Eintrittsstutzens bzw. Austrittsstutzens mit im Seitenteil eingebrachtem Leitelement,
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5 eine Schnittdarstellung durch einen Eintrittsstutzen mit integral an demselben ausgebildeten Leitelement,
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6 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager mit einem Eintrittsstutzen gemäß 5 und einem zusätzlichen in einen Sammler hineinragenden Leitelement,
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7 eine Darstellung wie in 6, jedoch mit zusätzlich durch eine entsprechend geformte Wandung des Sammlers ausgebildeten strömungsumlenkenden Kontur,
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8 eine Detaildarstellung einer Anbindung einer Trennwand gemäß der 7.
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Entsprechend den 1 bis 3 sowie 6 und 7, weist ein erfindungsgemäßer Wärmeübertrager 1 einen oberen Sammler 2 sowie einen unteren Sammler 3 auf. Zwischen den beiden Sammlern 2, 3 sind eine Mehrzahl von Tauscherrohren 4 und/oder Wellrippen 5 angeordnet. Zur Zu- und Abführung des Kühlmittels sind ein Eintrittsstutzen 6 sowie ein Austrittsstutzen 7 vorgesehen, die beide strömungsleitend mit einem Seitenteil 8 verbunden sind. Gemäß den 1 bis 3 weist dabei der gezeigte Wärmeübertrager 1 jeweils nur ein Seitenteil 8 auf, wobei selbstverständlich auch vorstellbar ist, dass zwei gegenüberliegende Seitenteile 8 vorgesehen sind, zwischen welchen die Tauscherrohre 4 bzw. die Wellrippen 5 angeordnet sind. Erfindungsgemäß erfolgt somit eine Zu- und Abführung des Kühlmittels über das Seitenteil 8 bzw. die Seitenteile 8, je nachdem, ob der Austrittsstutzen 7, wie in sämtlichen Figuren gezeigt ist, im gleichen Seitenteil 8 angeordnet ist wie der Eintrittsstutzen 6 oder im gegenüberliegenden Seitenteil 8. Durch die Zu- und Abführung des Kühlmittels über das Seitenteil 8 kann eine Bauraumoptimierung erreicht werden, da die bislang hierfür im Sammler 2, 3 vorgesehenen Anschlüsse nun in den Bereich des Seitenteils 8 bzw. der Seitenteile 8 verlegt werden können. Um einen Strömungswiderstand innerhalb des Wärmeübertragers 1 senken zu können, ist erfindungsgemäß zudem im Bereich des Seitenteils 8 ein Leitelement 9 vorgesehen, welches einströmendes Kühlmittel zu einem der Sammler 2, 3 hier zum Sammler 2 umlenkt.
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Der Eintrittsstutzen 6 und/oder der Austrittsstutzen 7 sind/ist mit den Seitenteil 8 fluiddicht verbunden, beispielsweise verschweißt, üblicherweise verlötet, verpresst, verklebt oder sogar verschraubt. Zusätzlich ist auch denkbar, dass der Eintrittsstutzen 6 und/oder der Austrittsstutzen 7 über einen Bajonettverschluss mit einem entsprechenden Dichtring mit dem Seitenteil 8 verbunden ist. Dies würde es ermöglichen, den Eintrittsstutzen 6 bzw. den Austrittsstutzen 7 vergleichsweise einfach und schnell zu montieren bzw. zu demontieren.
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Betrachtet man beispielsweise die 6 und 7, so kann man an diesen erkennen, dass ein entsprechendes Leitelement 9 nicht nur im Bereich des Eintrittsstutzen 6 und des Austrittsstutzen 7 angeordnet ist, sondern zusätzlich eine strömungsumlenkende Kontur 10 am Seitenteil 8 angeordnet ist, welche in den Sammler 2, 3 hineinragt. Diese strömungsumlenkende Kontur 10 kann dabei auf unterschiedlichste Weise gebildet werden: So ist beispielsweise denkbar, dass diese als separates Bauteil im Sammler 2, 3 ausgebildet ist, wie dies mit unterbrochen gezeichneten Linien gemäß der 2 dargestellt ist. Ebenfalls ist denkbar, dass die strömungsumlenkende Kontur 10 durch eine entsprechend geformte Wandung 11 des Sammlers 2, 3 gebildet ist, wie dies beispielsweise aus den 2 und 7 erkennbar ist. Auch kann die strömungsumlenkende Kontur 10 am Seitenteil 8 angeordnet sein und in den Sammler 2, 3 hineinragen, wie dies beispielsweise gemäß den 6 und 7 dargestellt ist. Sämtliche beschriebenen Ausführungsformen können dabei sowohl alternativ als auch kumulativ eingesetzt werden.
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Das erfindungsgemäße Leitelement 9 ist vorzugsweise am Eintrittsstutzen 6 bzw. am Austrittstutzen 7 angeordnet, insbesondere integral mit diesem ausgebildet, und ragt in das Seitenteil 8 hinein. Eine derartige Ausführungsform ist beispielsweise gemäß den 5 bis 7 dargestellt. Rein theoretisch kann selbstverständlich das Leitelement 9 auch durch eine entsprechende Sicke 12 am Seitenteil 8 ausgebildet sein, wie dies beispielsweise gemäß der 4 dargestellt ist. Ebenfalls denkbar, dass zumindest eine Leitelement 9 auch als separates Bauteil innerhalb des Seitenteils 8 angeordnet ist.
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Um eine Kurzschlussströmung zwischen dem Eintrittsstutzen 6 und dem Austrittsstutzen 7 wirkungsvoll verhindern zu können, ist entweder sowohl am Eintrittsstutzen 6 als auch am Austrittsstutzen 7 ein entsprechendes Leitelement 9 vorgesehen werden oder aber eine Trennwand 13 im Seitenteil 8, wie diese beispielsweise gemäß den 1, 2 und 7 dargestellt ist. Besonders bei der 7 sind dabei sowohl eine Trennwand 13 im Seitenteil 8 als auch jeweils ein am Eintrittsstutzen 6 bzw. Austrittsstutzen 7 angeordnetes Leitelement 9 vorgesehen.
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Alternativ ist dabei auch denkbar, dass die Trennwand 13 nicht quer zur Längserstreckung des Seitenteils 8 verläuft, sondern parallel dazu. Dies ist in 2 durch eine nur mit unterbrochen gezeichneter Linie dargestellte alternative Trennwand dargestellt. Hierdurch kann insbesondere eine andere Strömungsführung durch die Tauscherrohre 4 erreicht werden.
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Betrachtet man die 3, so kann man an diese erkennen, dass der Eintrittsstutzen 6 und der Austrittsstutzen 7 in einem gemeinsamen zweiflutigen Anschlussstutzen 14 zusammengefasst sind, wobei eine Trennwand 13' des Anschlussstutzens 14, welcher den Eintrittsstutzen 6 vom Austrittsstutzen 7 trennt, derart verlängert ist und in der Seitenteil 8 hineinragt, dass diese dort die Trennung bewirkt. Das die Strömungsumlenkung begünstigende Leitelement 9 kann in diesem Fall im Bereich der Trennwand 13´ und damit ebenfalls im Bereich des Seitenteils 8 angeordnet werden. Die Trennwand 13 im Seitenteil 8 auch mittels entsprechender Sicken 12´ fixiert werden.
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Mit dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager 1 und dem erfindungsgemäßen Seitenteil 8 ist es möglich, eine bauraumoptimierte Lösung anzubieten, da eine Zu- und Ableitung für Kühlmittel nun nicht mehr, wie bisher üblich, über einen der Sammler 2, 3 mit entsprechend dort angeordneten Anschlüssen erfolgen muss. Vielmehr sind sowohl der Eintrittsstutzen 6 als auch der Austrittsstutzen 7 am Seitenteil 8 angeordnet und zwar am selben Seitenteil 8 oder an gegenüberliegenden Seitenteilen 8, sofern zwei Seitenteile 8 vorhanden sind. Mit dem zumindest einen, erfindungsgemäß vorgesehenen Leitelement 9 lässt sich der Strömungswiderstand innerhalb des Wärmeübertragers 1 deutlich reduzieren, was sich vorteilhaft auf den Energieverbrauch beim Betrieb des Wärmeübertragers 1 auswirkt. Die Positionierung der Eintrittsstutzen 6 bzw. der Austrittstutzen 7 am Seitenteil 8 kann dabei nahezu beliebig erfolgen, insbesondere hinsichtlich einer Positionierung in Bezug auf den jeweiligen Sammler 2, 3.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2010028867 A1 [0002]
- DE 102008006474 A1 [0003]
- DE 102007006837 A1 [0004]
