DE102015011241A1 - Heat exchanger for a cooling circuit - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für einen von Kühlmittel durchströmten Kühlkreislauf, insbesondere für einen kühlmitteldurchströmten Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, welcher Wärmetauscher in einer U-Flow-Bauart ausgeführt ist, bei der eine Vielzahl von achsparallel angeordneten Wärmetauscherrohren (1) an gegenüberliegenden Stirnseiten in einen Anschlusswasserkasten (3) und in einen Umlenkwasserkasten (5) münden, wobei das Kühlmittel von einem eintrittsseitigen Teilkasten (7) des Anschlusswasserkastens (3) über eine erste Hälfte der Wärmetauscherrohre (1) in den Umlenkwasserkasten (5) strömt und von dort in gegenläufiger Strömungsrichtung über eine zweite Hälfte der Wärmetauscherrohre (1) in einen austrittseitigen Teilkasten (9) des Anschlusswasserkastens (3) führbar ist, und wobei der eintrittsseitige Teilkasten (7) und der austrittsseitige Teilkasten (9) mittels eines Trennelements (11) voneinander fluiddicht getrennt sind. Erfindungsgemäß ist zwischen den beiden Teilkästen (7, 9) des Anschlusswasserkastens (3) ein Loslager (17) angeordnet, mittels dem die beiden Teilkästen (7, 9) in der Längserstreckungsrichtung (y) der Wärmetauscherrohre (1) voneinander unabhängig über Freigänge (Δy1, Δy2) verlagerbar sind, und zwar zum Ausgleich betriebsbedingter Längenausdehnungen der Wärmetauscherrohre (1).The invention relates to a heat exchanger for a coolant flowed through by coolant, in particular for a coolant flow through an internal combustion engine of a motor vehicle, which heat exchanger is designed in a U-flow design, in which a plurality of axially parallel heat exchanger tubes (1) on opposite end faces in a Connection water box (3) and in a Umlenkwasserkasten (5) open, wherein the coolant flows from an inlet-side part box (7) of the connection water box (3) over a first half of the heat exchanger tubes (1) in the Umlenkwasserkasten (5) and from there in opposite flow direction via a second half of the heat exchanger tubes (1) in an outlet-side part box (9) of the connection water box (3) can be guided, and wherein the inlet-side part box (7) and the outlet-side part box (9) by means of a separating element (11) from each fluid-tight separated d. According to the invention, a loose bearing (17) is arranged between the two sub-boxes (7, 9) of the connection water box (3), by means of which the two sub-boxes (7, 9) in the longitudinal direction (y) of the heat exchanger tubes (1) independently of each other via clearances (.DELTA.y1 , Δy2) are displaceable, specifically to compensate for operational expansion of the length of the heat exchanger tubes (1).
Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für einen von Kühlmittel durchströmten Kühlkreislauf, insbesondere für einen kühlmitteldurchströmten Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a heat exchanger for a cooling circuit through which coolant flows, in particular for a coolant flow through an internal combustion engine of a motor vehicle, according to the preamble of
Ein solcher Wärmetauscher kann als ein Kühlmittel-Kühler in einem Motorkühlkreislauf eines Kraftfahrzeugs eingebunden sein und ist als solcher in einem Fahrzeugfrontend verbaut. Der Kühlmittel-Kühler wird vom Fahrtwind durchströmt, wodurch das den Kühlmittel-Kühler durchströmende Kühlwasser abgekühlt wird.Such a heat exchanger can be integrated as a coolant radiator in an engine cooling circuit of a motor vehicle and is installed as such in a vehicle front end. The coolant radiator is flowed through by the wind, whereby the cooling water flowing through the coolant radiator is cooled.
Aus der
Aufgrund der im Fahrbetrieb schwellenden Durchströmung bzw. durch regelnde Volumenstromregelventile im Motorkühlkreislauf werden die Wärmetauscherrohre mit thermischen Dehnungen beansprucht. Speziell die obige U-flow-Bauweise führt dadurch zu einer hohen Thermowechselbelastung der Rohre und einer verringerten Bauteilfestigkeit. Durch schnell regelnde Temperaturregelorgane (bestromte Thermostate, elektromechanische Regelventile, etc.) kann sich zusätzlich ein negativer Einfluss auf die Lebensdauer des Bauteils ergeben.Due to the swelling during driving flow or by regulating volume flow control valves in the engine cooling circuit, the heat exchanger tubes are subjected to thermal strains. In particular, the above U-flow construction thereby leads to a high thermal cycling of the tubes and a reduced component strength. Quickly controlling temperature control elements (energized thermostats, electromechanical control valves, etc.) can additionally have a negative effect on the service life of the component.
Im Wärmetauscher der U-Flow-Bauart grenzen die heißen Wärmetauscherrohre mit entsprechend großer Längenausdehnung an kältere Wärmetauscherrohre mit geringerer Längenausdehnung an. Durch die Steifigkeit der Wasserkästen kommt es dadurch zu schädigenden mechanischen Spannungen in den Wärmetauscherrohren.In the heat exchanger of the U-flow type, the hot heat exchanger tubes, with a correspondingly long length extension, adjoin colder heat exchanger tubes with a smaller length extension. Due to the rigidity of the water boxes, this leads to damaging mechanical stresses in the heat exchanger tubes.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Wärmetauscher bereitzustellen, bei dem in einfacher Weise Beschädigungen aufgrund von betriebsbedingten thermischen Druck-Zug-Wechselbeanspruchungen vermieden wird.The object of the invention is to provide a heat exchanger in which damage due to operational thermal pressure-train alternating stresses is avoided in a simple manner.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The object is solved by the features of
Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, dass in Abkehr vom Stand der Technik die Längenausdehnungen der Wärmetauscherrohre zugelassen werden sollen, wodurch ein thermischer Spannungsaufbau im Wärmetauscher von vorne herein vermieden werden kann. Vor diesem Hintergrund ist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 zwischen den beiden Teilkästen des Anschlusswasserkastens ein Loslager angeordnet. Mit Hilfe des Loslagers können sich die beiden Teilkästen in der Längserstreckungsrichtung der Wärmetauscherrohre voneinander unabhängig über Freigänge verlagern. Auf diese Weise erfolgt ein Ausgleich betriebsbedingter Längenausdehnungen der Wärmetauscherrohre, ohne dass es zu Zug-Druck-Wechselbeanspruchungen der Wärmetauscherrohre kommt. Das Einbringen des Loslagers ist vorzugsweise an der Zulauf-/Ablaufseite vorzusehen. Grundsätzlich bietet sich auch die Gegenseite an. In diesem Fall sind allerdings noch technische Maßnahmen vorzusehen, den Volumenstrom zu übergeben/weiterzuleiten. Dies wird auf der Zulaufseite aufgrund des Trennsteges nicht benötigt.The invention is based on the idea that, in departure from the prior art, the length expansions of the heat exchanger tubes should be allowed, whereby a thermal stress build-up in the heat exchanger can be avoided from the outset. Against this background, a movable bearing is arranged according to the characterizing part of
Somit wird durch konstruktive Maßnahmen erreicht, dass die heißen Wärmetauscherrohre in der ersten Hälfte von den kalten Wärmetauscherrohren in der zweiten Hälfte mechanisch voneinander getrennt sind. Dies wird dadurch realisiert, dass die eintrittsseitigen und austrittsseitigen Teilkästen des Anschlusswasserkastens nicht mehr starr miteinander verbunden sind, sondern vielmehr mittels des Loslagers zueinander verstellbar verbunden sind.Thus, it is achieved by constructive measures that the hot heat exchanger tubes are mechanically separated from each other in the first half of the cold heat exchanger tubes in the second half. This is realized in that the inlet side and outlet side partial boxes of the connection water box are no longer rigidly connected to each other, but rather are connected to each other adjustable by means of the movable bearing.
Bevorzugt kann das Loslager quer zur Längserstreckungsrichtung, das heißt insbesondere in der Vertikalrichtung starr ausgeführt sein. Das heißt, dass in der Querrichtung kein oder nur ein stark reduzierter Freigang für die beiden Teilkästen bereitgestellt ist.Preferably, the floating bearing can be made rigid transversely to the longitudinal direction, that is, in particular in the vertical direction. This means that in the transverse direction no or only a greatly reduced clearance for the two sub-boxes is provided.
In der Einbaulage kann der Wärmetauscher Bestandteil eines Kühlpaketaufbaus sein, der aus einer Reihe von Einzelkomponenten zusammengesetzt ist. Exemplarisch kann der Kühlpaketaufbau einen Lüfter und einen Kondensator aufweisen, die am Wärmetauscher (Hauptwasserkühler) oder ähnlich geartete Bauteile montierbar sind. In diesem Fall ist es bevorzugt, wenn das Loslager die beiden Teilkästen, in der Vertikalrichtung betrachtet, kraftübertragend miteinander verbindet. Dadurch kann in der Einbaulage eine Kraftübertragung in der Fahrzeughochrichtung zwischen den beiden Teilkästen erfolgen.In the installed position, the heat exchanger can be part of a cooling package structure, which is composed of a number of individual components. By way of example, the cooling package structure can have a fan and a condenser, which can be mounted on the heat exchanger (main water cooler) or similar components. In this case, it is preferred if the floating bearing, the power transferring the two sub-boxes, viewed in the vertical direction together. This can be done in the installed position, a power transmission in the vehicle vertical direction between the two sub-boxes.
Beispielhaft kann das Loslager ein Gestänge, insbesondere ein Schwenkhebel, aufweisen. Das Gestänge kann an Anlenkpunkten am eintrittsseitigen Teilkasten und am austrittsseitigen Teilkasten schwenkbar angelenkt sein. Die Anlenkpunkte des Gestänges bzw. des Schwenkhebels definieren eine Hebellängsachse oder eine Hebelwirkrichtung. Bevorzugt erstreckt sich die Hebellängsachse in einer nicht kühlmitteldurchströmten Konstruktionslage in Flucht in der Fahrzeughochrichtung. Zum Ausgleich betriebsbedingter Längenausdehnungen kann der Schwenkhebel unter geringfügiger Schwenkbewegung den eintrittsseitigen Teilkasten und/oder den austrittsseitigen Teilkasten um den oben erwähnten Freigang verlagern. By way of example, the movable bearing can have a linkage, in particular a pivoting lever. The linkage can be pivoted at articulation points on the inlet-side sub-box and on the outlet-side sub-box. The articulation points of the linkage or the pivot lever define a lever longitudinal axis or a lever action direction. Preferably, the longitudinal axis of the lever extends in a non-coolant-flowed construction position in alignment in the vehicle vertical direction. To compensate for operational linear expansion of the pivot lever can shift the entry-side sub-box and / or the exit-side sub-box to the above-mentioned clearance with slight pivotal movement.
In einer alternativen Ausführungsvariante kann das Loslager als ein Federelement ausgeführt sein. Das Federelement kann als ein Elastomerlager oder als ein Gummi-Metall-Lager realisiert sein, das in der Längserstreckungsrichtung der Wärmetauscher mit einer reduzierten Lagersteifigkeit und quer dazu mit einer erhöhten Lagersteifigkeit ausgelegt ist.In an alternative embodiment, the movable bearing can be designed as a spring element. The spring element may be realized as an elastomeric bearing or as a rubber-metal bearing, which is designed in the longitudinal direction of the heat exchanger with a reduced bearing stiffness and transverse thereto with an increased bearing stiffness.
In einer weiteren alternativen Ausführungsvariante kann das Loslager als eine Schienenführung ausgebildet sein, die aus Schienenteilen aufgebaut ist, die jeweils am einlassseitigen Teilkasten und am auslassseitigen Teilkasten befestigt ist. Die einander zugewandten Schienteile können in der Längserstreckungsrichtung der Wärmetauscherrohre teleskopartig verstellbar sein. Demgegenüber können die beiden Schienenteile in der Querrichtung weitgehend spielfrei geführt sein.In a further alternative embodiment, the loose bearing may be formed as a rail guide, which is constructed of rail parts, which is fastened in each case to the inlet-side sub-box and the outlet-side sub-box. The facing rail parts may be telescopically adjustable in the longitudinal direction of the heat exchanger tubes. In contrast, the two rail parts can be performed largely free of play in the transverse direction.
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.The advantageous embodiments and / or further developments of the invention explained above and / or reproduced in the dependent claims can be used individually or else in any desired combination with one another, for example in the case of clear dependencies or incompatible alternatives.
Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile sind nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.The invention and its advantageous embodiments and further developments and advantages thereof are explained in more detail below with reference to drawings.
Es zeigen:Show it:
In der
So ist in der
Wie aus der
Im Kühlbetrieb wird die obere Hälfte der Wärmetauscherrohre
Aufgrund der in Vertikalrichtung z fluchtenden Ausrichtung des Schwenkhebels
In der
Demgegenüber ist in der
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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