DE102015220797A1

DE102015220797A1 - Kühleinrichtung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102015220797A1
Application number: DE102015220797.8A
Authority: DE
Inventors: Alexander Schleicher
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-10-23
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2017-04-27

Abstract

Nach der Erfindung ist eine Kühleinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem Wärmetauscher dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein Fahrwerksbauteil oder ein Karosseriebauteil ist.

Description

Die Erfindung beschreibt eine Kühleinrichtung für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Kühleinrichtungen sind im Kraftfahrzeugbau bereits bekannt. Eine solche Kühleinrichtung kommt in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz, wenn wenigstens eine Komponente des Kraftfahrzeugs gekühlt werden muss. Bei einer solchen Komponente kann es sich beispielsweise um ein Antriebsaggregat, insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine oder einen Elektromotor handeln, welche von einem Kühlmittel, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, durchströmbar sind. Infolge eines Wärmeübergangs von dem Antriebsaggregat an das Kühlmittel wird dieses erhitzt. Daraufhin kann das Kühlmittel die Kühleinrichtung durchströmen und so rückgekühlt werden. Alternativ oder zusätzlich ist es beispielsweise möglich, mittels der Kühleinrichtung ein Kältemittel einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs und/oder Ladeluft, das heißt, mittels eines Verdichters verdichtete Luft, zu kühlen.
Ist das Kühlmittel eine Kühlflüssigkeit, welche auch als Kühlwasser bezeichnet wird, so wird die Kühleinrichtung üblicherweise auch als Wasserkühler bezeichnet. In Verbindung mit kontinuierlich zunehmenden Leistungen von Verbrennungskraftmaschinen oder mit zu kühlender Leistungselektronik, Batterien, Elektromotoren, Verdichtern, Kondensatoren, Steuergeräten, Spannungswandlern, Ladegeräten oder Brennstoffzellen, steigen auch die Anforderungen an die durch Kühleinrichtungen zu erbringende Kühlleistung. Eine Vergrößerung der Kühleinrichtungen kann erforderlich sein, so dass diese eine besonders große Kühlfläche aufweist, über welche ein Wärmeaustausch zwischen dem die Kühleinrichtung durchströmenden Kühlmittel und der die Kühleinrichtung umströmenden Luft erfolgt. Dies bedeutet eine stetige Zunahme der Kühlfläche. Bedingt durch Designanforderungen und/oder bedingt durch Anforderungen an das Unfallverhalten von Kraftfahrzeugen ist eine Vergrößerung von konventionell im Kraftfahrzeug untergebrachten Kühleinrichtungen in Fahrzeughochrichtung nicht oder nur sehr aufwändig zu realisieren.
Die DE 40 40 378 C3 beschreibt eine Kühleinrichtung für einen Flüssigkeitskreislauf eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Servolenkeinrichtung, in dem ein Flüssigkeitsbehälter, ein Druckerzeuger und ein hydraulischer Verbraucher angeordnet sind, mit einem in einer Rücklaufleitung zwischen dem Verbraucher und dem Flüssigkeitsbehälter angeordneten, von dem Fahrtwind gekühlten Kühlelement, das an der Karosserie des Kraftfahrzeugs abgestützt ist, wobei das Kühlelement als Kühlschleife an einem Achsträger, insbesondere einem Vorderachsträger befestigt und an der Fahrzeugunterseite vom Fahrtwind angeströmt wird.
Eine Kühleinrichtung mit einem Kühlkörper für einen Stellantrieb eines Kraftfahrzeugs beschreibt dagegen die DE 42 42 641 A1 .
Stand der Technik ist auch eine Ableitung von Wärme aus den Antriebskomponenten eines Fahrzeugs über Wärmeübertrager im Hauptkühlfeld, gewöhnlich die Fahrzeugfront, oder über so genannte ausgelagerte Wärmeübertrager, die sich in den Radhäusern oder auch im Bereich des Fahrzeugunterbodens befinden können. Diese Anordnungen haben den Nachteil eines sehr hohen Fahrzeug-Luftwiderstandes.
Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik, ist es Aufgabe der Erfindung, eine Kühleinrichtung bereitzustellen, die den Luftwiderstand eines Kraftfahrzeugs reduziert, mit einhergehender Verbrauchsreduktion bzw. Reichweitenverlängerung für das Kraftfahrzeug, im Vergleich mit einem Kraftfahrzeug mit einer Kühleinrichtung nach dem Stand der Technik.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Nach der Erfindung ist eine Kühleinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem Wärmetauscher dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein Fahrwerksbauteil oder ein Karosseriebauteil ist.
Eine thermische Anbindung von Fahrzeugkomponenten, um die anfallende Wärme der für den Antrieb bzw. zur Klimatisierung verwendeten Komponenten dort abzuführen, spart vorteilhafterweise Kühlfläche im Hauptkühlfeld ein und verbessert somit den Luftwiderstand des Fahrzeugs. Ein weiterer Vorteil, der sich aus diesen Konzepten ergibt, ist die Einsparung von Schlauchleitungen. Es ergibt sich eine Gewichts- und ggf. Kostenreduktion zum Beispiel von Komponenten die sich im Heck des Fahrzeugs befinden, zum Beispiel bei einer Antriebs-Elektromaschine für ein Hybridfahrzeug. Diese Komponenten können zur Kühlung einfach thermisch an im Fahrzeug naheliegende Bauteile gekoppelt werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeichnen sich dadurch aus, dass der Wärmetauscher eine Motorhaube oder ein Kotflügel oder ein Seitenschweller oder ein Achsträger oder eine Unterbodenschutzabdeckung ist. Wenn der Wärmetauscher dann ein Flüssigkeitskühler ist, dessen Kühlmittel das zu kühlende Fahrzeugteil durchströmt, kann zum Beispiel oben genannte Antriebselektromaschine vorteilhafterweise an Fahrwerksbauteile der Hinterachse, zum Beispiel an einen hohlen, flüssigkeitsdichten und kühlmitteldurchflossenen Achsträger als Wärmetauscher angeschlossen werden, was kurze Verbindungsleitungen und damit Gewichtseinsparung ermöglicht.
Allerdings ist es auch von Vorteil, zum Beispiel bei geringerem Kühlbedarf, wenn der Wärmetauscher ein Kühlkörper ist, der wärmeleitend mit dem zu kühlenden Fahrzeugteil verbunden ist. Eine solche Festkörperkühlung ist preiswert herzustellen, vor allem wenn als Kühlkörper vorteilhafterweise sowieso vorhandene Fahrzeugteile verwendet werden, die dazu noch zusätzlich außen und/oder innen mit 2–5 mm breiten Lamellen verrippt oder völlig oder teilweise aus porösem Metallschaum gefertigt oder auf ihrer Innen- und/oder Außenseite mit einer 1–10 mm dicken Schicht aus Metallschaum überzogen sein können. In letzterer Ausführungsform kann die Schicht aus Metallschaum auch noch von einem Kühlmittel durchströmt sein.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschreibt die nachfolgende Beschreibung mit der zugehörigen Zeichnung. In den Figuren sind in schematischen Skizzen vier bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Gleiche Bezugsziffern bezeichnen gleiche oder sich entsprechende Teile bzw. Merkmale. Es zeigen:
1: Eine Motorhaube im Längsschnitt und in der Draufsicht, ausgebildet mit zusätzlicher Funktion als Wärmetauscher für einen Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugs entsprechend der Erfindung nach 4,
2: eine räumliche Ansicht eines Achsträgers nach dem Stand der Technik zur Integration als Wärmetauscher in einen Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugs entsprechend der Erfindung nach 4 mit dazu eingebauten Achsträgerrohren entsprechend 3, symbolisch dargestellt durch einen fett, schwarz eingezeichneten Rohrverlauf,
3: einen Quer- und Längsschnitt durch ein Achsträgerrohr zur Herstellung eines Achsträgers als Kühleinrichtung gemäß der Erfindung und
4: ein Schaubild eines Kühlkreislaufes zur Integration der Kühleinrichtungen gemäß der 1 oder 2 entsprechend der Erfindung.
1 zeigt eine Motorhaube 1 eines Kraftfahrzeugs, die durch einen Luftstrom des Fahrtwinds, symbolisch dargestellt durch Pfeile 2, umströmt und dadurch gekühlt wird. Die Motorhaube 1 dient zur Abdeckung eines nicht gezeichneten Motorraums und gleichzeitig als Wärmetauscher 5 zur Abführung von Wärme, dargestellt in 4 durch den Pfeil 6. Die Funktion der Motorhaube 1 als Wärmetauscher 5 kann diese dadurch hervorragend erfüllen, dass sie an ihrer Unterseite mit porösem Metallschaum 3 beschichtet ist, der ein System an Kühlkanälen 4 bildet, die kühlmitteldurchflossen, symbolisch dargestellt durch weitere Pfeile 9, erhitztes Kühlmittel, symbolisch dargestellt durch einen zusätzlichen Pfeil 7, durch Abgabe von Wärme an die Motorhaube 1 abkühlen und abgekühlt zurückführen, symbolisch dargestellt durch einen weiteren zusätzlichen Pfeil 8, zu einem in 4 gezeichneten zu kühlenden Fahrzeugteil, zum Beispiel eine Elektromaschine 10, erwärmt durch einen elektrischen Arbeitsstrom, dessen Wärmeeinbringung in die Elektromaschine 10 symbolisch dargestellt ist durch einen weiteren zusätzlichen Pfeil 11. Das abgekühlte Kühlmittel wird aus den Kühlkanälen 4 der Motorhaube 1 über einen Anschluss dieser an den Kühlkreislauf, symbolisch dargestellt durch einen weiteren Pfeil 8, der Elektromaschine 10 wieder zugeführt, unterstützt durch eine Kühlmittelpumpe 12 (4).
Die Abfuhr der in einer Antriebs-Elektromaschine 10 (4) entstehenden Wärme 6, z. B. eines Hybridfahrzeugs, durch deren thermische Anbindung an einen Achsträger 13 als Wärmetauscher 5 im Heck eines nicht gezeichneten Kraftfahrzeugs ist in 2 dargestellt. Die thermische Verbindung zwischen der Wärmequelle, der Elektromaschine 10 und der Wärmesenke, Achsträger 13, wird durch ein Kühlmittel bewirkt, dargestellt mit Hilfe von durch den zusätzlichen Pfeil 7 und den weiteren zusätzlichen Pfeil 8 symbolisch angedeutet gezeichneten Schlauchleitungen für den Anschluss des als Wärmetauscher 5 (4) fungierenden Achsträgers 13 an einen Kühlkreislauf 14 (4). Dazu ist der Achsträger 13 so zu modifizieren, dass er einerseits eine Verbindung zu dem Kühlmittel erhält, andererseits die wärmeübertragende Fläche auf der Luftseite, angedeutet gezeichnet durch Pfeile 2, die den Luftstrom des Fahrtwinds darstellen, erhöht wird. Der Achsträger 13 ist kühlmitteldurchströmt, angedeutet dargestellt durch fett gezeichnete Linien 15. Der gesamte Kühlreislauf 14 (4), Achsträger 13 als Wärmetauscher 5, Schlauchleitungen, Elektromaschine 10 kann entweder entkoppelt vom nicht gezeichneten restlichen Kühlsystem oder integriert betrieben werden. Ist es als entkoppeltes System gestaltet, wird eine zusätzliche Kühlmittelpumpe 12 für das System benötigt (4). Um die an der Elektromaschine anfallende Abwärme über das Kühlmittel an die den Achsträger 13 umströmende Umgebungsluft (Pfeile 2) effizient abführen zu können, muss die wärmeübertragende Fläche des Achsträgers 13 maximal groß gestaltet werden. Dazu ist es möglich, die Außenseite des Achsträgers 13 mit Lamellen oder einem porösen Metallschaum zu versehen. Es ist außerdem denkbar, den Achsträger 13 gesamthaft aus einem porösen Metallschaum herzustellen, wobei die Luftseite und Kühlmittelseite voneinander abgetrennt werden müssen, wie in 3 dargestellt.
Dieses Achsträgerrohr 16 zur Herstellung eines Achsträgers 13 als Kühleinrichtung wird durch den Fahrtwind angeströmt, angedeutet dargestellt durch Pfeile 2. Das Achsträgerrohr 16 besteht verstärktem, porösem Metallschaum 3 und besitzt innen einen kühlmitteldurchströmten (Pfeile 9) Hohlraum 17. Als Werkstoff der Verstärkung 18 des Metallschaums 3 kann insbesondere Stahl, aber auch Leitmetall oder Kunststoff verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4040378 C3 [0004]
DE 4242641 A1 [0005]

Claims

Kühleinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Wärmetauscher (5), dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein Fahrwerksbauteil oder ein Karosseriebauteil ist.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (5) eine Motorhaube (1) oder ein Kotflügel oder ein Seitenschweller oder ein Achsträger (13) oder eine Unterbodenschutzabdeckung ist.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (5) ein Kühlkörper ist, der wärmeleitend mit dem zu kühlenden Fahrzeugteil verbunden ist.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (5) ein Flüssigkeitskühler ist, dessen Kühlmittel das zu kühlende Fahrzeugteil durchströmt.
Kühleinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (5) wenigstens teilweise aus Metallschaum (3) besteht oder wenigstens teilweise mit diesem beschichtet ist.