DE102016004993B4

DE102016004993B4 - Kühleranordnung für ein Fahrzeug und Fahrzeug mit einer Kühleranordnung

Info

Publication number: DE102016004993B4
Application number: DE102016004993.6A
Authority: DE
Inventors: Claude Labonte
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2016-04-25
Filing date: 2016-04-25
Publication date: 2020-07-16
Anticipated expiration: 2036-04-26
Also published as: DE102016004993A1

Abstract

Kühleranordnung (1) für ein Fahrzeug zum Kühlen eines Fluids mit einem ersten Kasten (2) mit einem ersten Anschluss (2.1) zum Zuführen des Fluids (F) und einem zweiten Kasten (3) mit einem zweiten Anschluss (3.1) zum Ableiten des Fluids (F), wobei der erste Kasten (2) mit dem zweiten Kasten (3) fluidleitend durch zueinander beabstandete Flachrohre (4) unter Bildung einer mit einem Kühlmedium beaufschlagbaren Anströmebene (E1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Flachrohre (4.1, 4.2) abwechselnd drehfest in dem ersten und zweiten Kasten (2, 3) angeordnet und drehbar in dem ersten und zweiten Kasten (2, 3) gelagert sind, und
- die drehbaren Flachrohre (4.2) zwischen einer einen maximalen Strömungsquerschnitt für das Kühlmedium zu den benachbarten drehfesten Flachrohren (4.1) erzeugenden Offenstellung und einer den Strömungsquerschnitt für das Kühlmedium zu den benachbarten drehfesten Flachrohren (4.1) auf Null reduzierten Geschlossenstellung drehbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühleranordnung für ein Fahrzeug zum Kühlen eines Fluids mit einem ersten Kasten mit einem ersten Anschluss zum Zuführen des Fluids und einem zweiten Kasten mit einem zweiten Anschluss zum Ableiten des Fluids, wobei der erste Kasten mit dem zweiten Kasten fluidleitend durch zueinander beabstandete Flachrohre unter Bildung einer mit einem Kühlmedium beaufschlagbaren Anströmfläche verbunden ist, und ein Fahrzeug mit einer Kühleranordnung.
Aus der DE 10 2010 046 471 A1 ist eine gattungsbildende Kühleranordnung bekannt, bei welcher zwischen den zueinander beabstandeten Flachrohren als Wärmetauscherrohre Kühllamellen angeordnet sind, die mit den Flachrohren thermisch gekoppelt sind.
Mit einer solchen Kühleranordnung als Wärmetauscher erfolgt die Abfuhr diverser Verlustleistungen von Brennkraftmaschine, Getriebe, Turbolader oder E-Maschine usw. Für extreme Betriebspunkte, wie etwa eine Fahrt mit maximaler Fahrgeschwindigkeit und bei hohen Umgebungstemperaturen benötigt die Kühleranordnung den maximalen Kühlluftdurchsatz.
In gemäßigten Fahrzuständen (bspw. bei Überlandfahrt mit 80-100 km/h ohne Steigung) ist die Kühleranordnung theoretisch überdimensioniert, so dass der Kühlluftdurchsatz mittels einer Vorrichtung zur Steuerung des Luftdurchsatzes reduziert wird. Dadurch wird der cw-Wert verbessert und letztlich der Treibstoffverbrauch des Fahrzeugs reduziert. Mit einer solchen am Kühlergrill oder am Kühlerpackage angeordneten Vorrichtung kann der Kühlluftdurchsatz vollständig verhindert werden. Das hat zur Folge, dass selbst in den niedrigen Teillasten der Motor soweit wieder aufgeheizt wird, dass hierauf die Vorrichtung so gesteuert wird, dass die Kühlluftdurchströmung wieder möglich ist.
Dies führt zu zwei wesentlichen Nachteilen. Zum Einen ist neben der Kühleranordnung ein weiteres Bauteil, nämlicAnderen h die Vorrichtung zur Steuerung des Luftdurchsatzes, erforderlich und zum ist ein solches System aus Kühleranordnung und Vorrichtung zur Steuerung des Luftdurchsatzes sehr sensibel, d.h. der Vorteil eines verbesserten cw-Wertes wird wegen eines Kühlleistungsbedarfs vorzeitig wieder aufgegeben.
Die FR 2 849 497 A1 beschreibt einen Heizkörper mit zwei waagerecht verlaufenden Rohren, die über senkrecht verlaufende Rohre fluidverbunden, jedoch drehbar in den waagerecht verlaufenden Rohren gelagert sind. Im Verbindungsbereich dieser Rohre sind Ventile vorgesehen, mit welchen in Abhängigkeit der Drehstellung der senkrecht verlaufenden Rohre deren Fluiddurchfluss eingestellt wird. Damit kann in Abhängigkeit der Drehstellung dieser senkrecht verlaufenden Rohre die Heizfläche des Heizkörpers variiert werden.
Aus der US 3 048 375 A ist eine Anordnung zur Temperierung eines Raumes mittels Wärmestrahlung bekannt. Diese Anordnung besteht aus zwischen zwei Trägern drehbar angeordneten Lamellen, deren Drehachse als Rohr ausgeführt ist. Diese Lamellen sind mittels der Rohre in Reihe fluidverbunden und werden von einem Kühlmittel durchströmt. Eine solche Anordnung mit rechteckförmiger Kontur ist auf einer ihrer Hauptflächen mit einer Glasscheibe abgedeckt, während die gegenüberliegende Hauptfläche in thermischem Kontakt mit dem zu temperierenden Raum ist. Die Lamellen können so verstellt werden, dass deren Lamellenebenen eine gemeinsame Ebene bilden oder senkrecht zu einer solchen Ebene verstellt werden, um zwischen den einzelnen Lamellen einen maximalen Zwischenraum entstehen zu lassen. Die Lamellen weisen eine wärmereflektierende Oberfläche und eine wärmeabsorbierende Oberfläche auf, so dass im geschlossenen Zustand der Lamellen die wärmereflektierenden Oberflächen in Richtung der Glasscheibe und die wärmeabsorbierenden Oberflächen in Richtung des Raums gerichtet sind. Im geschlossenen Zustand der Lamellen lässt sich daher eine über die Glasscheibe einfallende Wärmestrahlung am Eintreten in den Raum verhindern, während bei offenen Lamellen Wärmestrahlung ungehindert in den Raum gelangen kann. Durch die Lamellen kann kaltes Kühlmittel oder heißes Kühlmittel hindurch geführt werden, um in Richtung des Raumes eine kühlende oder ein erwärmende Wirkung zu erzielen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Kühleranordnung der eingangs genannten Art anzugeben, bei welcher die genannten Nachteile vermieden werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kühleranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Eine solche Kühleranordnung für ein Fahrzeug zum Kühlen eines Fluids mit einem ersten Kasten mit einem ersten Anschluss zum Zuführen des Fluids und einem zweiten Kasten mit einem zweiten Anschluss zum Ableiten des Fluids, bei welcher der erste Kasten mit dem zweiten Kasten fluidleitend durch zueinander beabstandete Flachrohre unter Bildung einer mit einem Kühlmedium beaufschlagbaren Anströmfläche verbunden ist, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass

- die Flachrohre abwechselnd drehfest in dem ersten und zweiten Kasten angeordnet und drehbar in dem ersten und zweiten Kasten gelagert sind, und
- die drehbaren Flachrohre zwischen einer einen maximalen Strömungsquerschnitt für das Kühlmedium zu den benachbarten drehfesten Flachrohren erzeugenden Offenstellung und einer den Strömungsquerschnitt für das Kühlmedium zu den benachbarten drehfesten Flachrohren auf Null reduzierten Geschlossenstellung drehbar sind.

Bei dieser erfindungsgemäßen Kühleranordnung wird die Vorrichtung zur Steuerung des Luftdurchsatzes in die Kühleranordnung integriert, so dass für die Steuerung des Luftdurchsatzes kein separates Bauteil erforderlich ist. Damit wird zum Einen durch diese Funktionsintegration ein Bauteil eingespart und zum kann Anderen die Zeitdauer der Geschlossenstellung gegenüber dem Stand der Technik verlängert werden, da in der Geschlossenstellung die als Wärmetauscher dienenden Flachrohre weiterhin von Kühlluft als Kühlmedium angeströmt werden und somit die Kühlfunktion weiterhin aktiv ist.
Die senkrecht zur Anströmfläche parallel angeordneten Flachrohre sind abwechselnd starr und drehbar mit dem ersten und zweiten Kasten verbunden. In der Offenstellung der drehbaren Flachrohre wird der maximale Luftdurchsatz erzielt, während in der Geschlossenstellung kein Luftdurchsatz möglich ist, d.h. der Strömungsquerschnitt für das Kühlmedium ist Null.
In bevorzugter Weise sind die Flachrohre mit einer ovalen oder rechteckig abgerundeten Querschnittsfläche ausgebildet.
Eine solche erfindungsgemäße Kühleranordnung ist geeignet für den Einsatz in allen Arten von Fahrzeugen, einschließlich Nutzfahrzeugen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:

1 eine schematische und perspektivische Darstellung einer Kühleranordnung gemäß der Erfindung,
2 eine Schnittdarstellung des Schnittes A-A gemäß 1 mit maximalem Strömungsquerschnitt für das Kühlmedium, und
3 eine Schnittdarstellung des Schnittes A-A gemäß 1 mit einem geschlossenen Strömungsquerschnitt für das Kühlmedium.

Die Kühleranordnung 1 gemäß 1 umfasst einen ersten Kasten 2 mit einem ersten Anschluss 2.1 zum Zuführen eines Fluids F, bspw. Wasser, in die Kühleranordnung 1 und einen zweiten Kasten 3 mit einem zweiten Anschluss 3.1 zum Abführen des Fluids F aus der Kühleranordnung 1. Die beiden Kästen 2 und 3 sind mit parallel angeordneten Flachrohren 4 verbunden, in denen das Fluid F als Kühlmittel von dem Kasten 2 in den Kasten 3 geleitet wird. Aus der Schnittdarstellung gemäß 2 weisen die Flachrohre 4 einen flachelliptischen Querschnitt auf, wobei die Hauptachse dieser Ellipsenform in Strömungsrichtung R des anströmenden Kühlluftstromes L als Kühlmedium gerichtet ist und die Hauptachsen der Flachrohre 4 parallel zueinander verlaufen. Die anströmseitigen Kanten der Flachrohre 4 bilden eine senkrecht zur Strömungsrichtung R verlaufende Anströmebene E1 für den Kühlluftstrom L. Die gegenüberliegenden Kanten bilden eine Abströmebene E2 für den durch die Kühleranordnung 1 hindurchgeführten Kühlluftstrom L. Benachbarte Flachrohre 4 sind beabstandet mit einem Abstand d zwischen den Kästen 2 und 3 angeordnet, so dass dem zwischen den Flachrohren 4 hindurchgeführten Kühlluftstrom L ein maximaler Strömungsquerschnitt zur Verfügung steht.
Zur Steuerung des Kühlluftdurchsatzes durch die Kühleranordnung 1 sind einzelne Flachrohre 4 drehbar um eine Rotationsachse 4.3 mit dem ersten und zweiten Kasten 2 und 3 verbunden, so dass die Hauptachse der Ellipsenform eines Flachrohres einen spitzen Winkel mit der Strömungsrichtung R bildet und dadurch der Querschnitt des Raumes zwischen den diesem drehbaren Flachrohr benachbarten Flachrohren verkleinert bzw. verschlossen und dadurch der Strömungsquerschnitt für den hindurchgeführten Kühlluftstrom L reduziert wird.
So sind gemäß 3 ausgehend von einem randseitigen Flachrohr abwechselnd drehfest mit den Kästen 2 und 3 verbundene Flachrohre 4.1 und drehbar mit den Kästen 2 und 3 verbundene Flachrohre 4.2 vorgesehen. So ist gemäß 3 jeweils zwischen zwei drehfest mit den Kästen 2 und 3 verbundenen Flachrohren 4.1 jeweils ein drehbares Flachrohr 4.2 angeordnet. Dabei ist der Abstand d der Flachrohre 4 und deren Breite b in Strömungsrichtung R so aufeinander abgestimmt, dass das bei einem maximalen Verstellwinkel amax verdrehte Flachrohr 4.2 endseitig jeweils an den benachbarten Flachrohren 4.1 anliegt und damit den Raum zwischen diesen beiden benachbarten Flachrohren 4.1 für den Kühlluftstrom L vollständig verschließt. Dies stellt eine Geschlossenstellung der drehbaren Flachrohre 4.2 dar. Entsprechend der Darstellung nach 3 wird in dieser Geschlossenstellung der anströmende Kühlluftstrom L an dem drehbaren Flachrohr 4.2 sowie den angrenzenden Flachrohren 4.1 in die entgegengesetzte Richtung der Strömungsrichtung R umgelenkt.
Die 2 zeigt die drehbaren Flachrohre 4.2 in ihrer Offenstellung, in welcher der Verstellwinkel a, d.h. der Winkel zwischen der Hauptachse eines drehbaren Flachrohres 4.2 gegenüber der Strömungsrichtung R Null ist.
Zur Steuerung des Kühlluftdurchsatzes an der Kühleranordnung 1 können die drehbaren Flachrohre 4.2 in jede Winkelstellung a zwischen dem Wert Null der Offenstellung und dem maximalen Verstellwinkel amax der Geschlossenstellung verstellt werden, um damit einen Strömungsquerschnitt für den Kühlluftstrom L zwischen einem maximalen Strömungsquerschnitt bei der Offenstellung der drehbaren Flachrohre 4.2 gemäß 2 und einem auf den Wert Null reduzierten Strömungsquerschnitt bei der Geschlossenstellung der drehbaren Flachrohre 4.2 gemäß 3 einzustellen.
Anstelle der elliptischen Querschnittsform der Flachrohre 4.1 und 4.2 können auch rechteckförmige Querschnitte mit gerundeten Kanten oder andere strömungsgünstige Querschnittsformen, wie bspw. Tragflächenprofile verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Kühleranordnung
2: erster Kasten der Kühleranordnung 1
2.1: erster Anschluss der Kühleranordnung 1
3: zweiter Kasten der Kühleranordnung 1
3.1: zweiter Anschluss der Kühleranordnung 1
4: Flachrohr der Kühleranordnung 1
4.1: drehfestes Flachrohr der Kühleranordnung 1
4.2: drehbares Flachrohr der Kühleranordnung 1
4.3: Rotationsachse des drehbaren Flachrohres 4.2
E1: Anströmebene
E2: Abströmebene
F: Fluid der Kühleranordnung 1
L: Kühlluftstrom
R: Strömungsrichtung des Kühlluftstromes L
α_max: Verstellwinkel
b: Breite des Flachrohres 4
d: Abstand

Claims

Kühleranordnung (1) für ein Fahrzeug zum Kühlen eines Fluids mit einem ersten Kasten (2) mit einem ersten Anschluss (2.1) zum Zuführen des Fluids (F) und einem zweiten Kasten (3) mit einem zweiten Anschluss (3.1) zum Ableiten des Fluids (F), wobei der erste Kasten (2) mit dem zweiten Kasten (3) fluidleitend durch zueinander beabstandete Flachrohre (4) unter Bildung einer mit einem Kühlmedium beaufschlagbaren Anströmebene (E1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass - die Flachrohre (4.1, 4.2) abwechselnd drehfest in dem ersten und zweiten Kasten (2, 3) angeordnet und drehbar in dem ersten und zweiten Kasten (2, 3) gelagert sind, und - die drehbaren Flachrohre (4.2) zwischen einer einen maximalen Strömungsquerschnitt für das Kühlmedium zu den benachbarten drehfesten Flachrohren (4.1) erzeugenden Offenstellung und einer den Strömungsquerschnitt für das Kühlmedium zu den benachbarten drehfesten Flachrohren (4.1) auf Null reduzierten Geschlossenstellung drehbar sind.
Kühleranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre (4, 4.1, 4.2) eine ovale oder rechteckig abgerundete Querschnittsfläche aufweisen.
Fahrzeug mit einer Kühleranordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2.