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Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug, der mehrere beabstandet zueinander angeordnete Flachrohre für ein zu kühlendes Medium und mehrere zwischen den Flachrohren angeordnete Wärmeübertragerstrukturen mit mehreren Führungskanälen für eine Kühlluft aufweist.
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Ein Wärmetauscher in einem Kraftfahrzeug, wie beispielsweise ein Kühlmittelkühler oder ein Ladeluftkühler oder ein Kondensator, ist üblicherweise in einem Fahrzeugfrontbereich an einer mit der Kühlluft durchströmten Stelle angeordnet und ist stets einer Gefahr von Steinschlag ausgesetzt. Da zur Gewichtsreduzierung und zur Verbesserung der Kühlleistung des Wärmetauschers die Flachrohre möglichst dünnwandig dimensioniert sind, kann ein Steinschlag die Flachrohre mechanisch beschädigen beziehungsweise leckschlagen. Das führt zu einem Ausfall des Wärmetauschers und der entsprechenden Kühlung in dem Kraftfahrzeug. Um ein Beschädigen beziehungsweise ein Leckschlagen des Wärmetauschers zu vermeiden, werden in Fahrtrichtung vor dem Wärmetauscher Schutzgitter eingebaut. Die Schutzgitter weisen dabei mehrere Schutzschienen auf, die durch Aussparungsbereiche voneinander getrennt sind. Die Schutzschienen sind zweckgemäß vor Stegflächen der Flachrohre im Wärmetauscher angeordnet und schützen diese vor einem Steinschlag. Vor den mit der Kühlluft durchströmbaren Wärmeübertragerstrukturen zwischen den Flachrohren befinden sich dann Aussparungsbereiche des Schutzgitters, um den Kühlluftstrom durch die Wärmeübertragerstrukturen nicht zu beeinträchtigen. Die Schutzgitter bestehen meistens aus Kunststoff oder aus Metall und sind an dem Wärmetauscher beziehungsweise an der umgebenden Armatur festgelegt.
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So beschreibt beispielsweise
EP 0 060 393 A2 eine Vorrichtung, die zur Entstaubung der Kühlluft lufteintrittsseitig an dem Wärmetauscher leicht lösbar festgelegt ist. Dazu ist die Vorrichtung beidseitig und verschiebbar in an dem Wärmetauscher angeschweißten Führungsschienen angeordnet. Nachteiligerweise ist ein derartiges, durch die Vorrichtung mit den Führungsschienen, gebildetes Schutzgitter schwer nachrüstbar und relativ teuer.
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In der
US-PS 3,385,355 ist ein Wärmetauscher beschrieben, an dem lufteintrittsseitig eine Schutzplatte mit mehreren schlitzartigen Öffnungen angeordnet ist. Nachteiligerweise verhindert eine derartige Schutzplatte den Kühlluftstrom zu den zwischen den Flachrohren angeordneten Wärmeübertragerstrukturen und reduziert dadurch die Kühlleistung des Wärmetauschers.
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US-PS 5,042,575 beschreibt einen Wärmetauscher, an dem ein elektrochemisch gegen biologische Ablagerungen wirkendes Schutzgitter angeordnet ist. Das Schutzgitter ist mittels hakenförmiger Fortsätze an dem Wärmetauscher festgelegt, die den Wärmetauscher an seiner Oberseite und an seiner Unterseite übergreifen. Nachteiligerweise besteht aufgrund einer fehlenden Befestigung im mittleren Bereich des Schutzgitters die Gefahr, dass im Fahrbetrieb Relativbewegungen zwischen dem Schutzgitter und dem Wärmetauscher zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung in dem Kraftfahrzeug und zu Beschädigung des Wärmetauschers führen.
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In der
EP 0 076 928 A1 ist ein Wärmetauscher beschrieben, an dem eine Attrappe mit einer Gitterstruktur festgelegt ist. Hier überdeckt die Gitterstruktur die Stegflächen der Flachrohre, so dass der Kühlluftstrom nur gering beeinträchtigt ist.
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In der
EP 0 980 504 B1 ist ein Wärmetauscher beschrieben, an dem ein Schutzgitter mit einer Gitterstruktur mittels einer Klipsvorrichtung festgelegt ist. Auch hier überdeckt die Gitterstruktur die Stegflächen der Flachrohre, so dass der Kühlluftstrom nur gering beeinträchtigt ist.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Schutzgitter sind durch zusätzliche Halterungen an dem Wärmetauscher festgelegt und erfordern einen zusätzlichen Bauraum. Durch Relativbewegungen zwischen den herkömmlichen Schutzgitter und den Wärmetauschern können zudem eine unerwünschte Geräuschentwicklung in dem Kraftfahrzeug entstehen und die Wärmetauscher beschädigt werden. Auch der Kühlluftstrom und die Kühlleistung der Wärmetauscher können durch einige der herkömmlichen Schutzgitter negativ beeinträchtigt werden.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, für einen Wärmetauscher der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, bei der die beschriebenen Nachteile überwunden werden.
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Diese Aufgabe 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, ein Schutzgitter an einem Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug ohne zusätzliche Halterungen festzulegen und dadurch insbesondere einen für das Schutzgitter notwendigen Bauraum zu reduzieren. Der gattungsgemäße Wärmetauscher weist dabei mehrere beabstandet übereinander gestapelte Flachrohre für ein zu kühlendes Medium auf, die an einer Mediumeintrittsstelle und an einer gegenüberliegenden Mediumaustrittsstelle des Wärmetauschers in jeweils einen Rohrboden einmünden. Ferner weist der Wärmetauscher mehrere zwischen den Flachrohren angeordnete Wärmeübertragerstrukturen mit mehreren Führungskanälen für eine Kühlluft auf, die von einer Lufteintrittsseite zu einer gegenüberliegenden Luftaustrittsseite des Wärmetauschers mit der Kühlluft durchströmbar sind. Ein Schutzgitter des Wärmetauschers weist dabei mehrere vor Stegflächen der Flachrohre angeordnete Schutzschienen auf. Erfindungsgemäß ist das Schutzgitter an dem Wärmetauscher stoffschlüssig festgelegt. Der Wärmetauscher kann beispielsweise ein Kühlmittelkühler oder ein Ladeluftkühler oder ein Kondensator sein.
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In dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher sind die Flachrohre beabstandet zueinander angeordnet, insbesondere übereinander gestapelt, und mit dem zu kühlenden Medium - beispielsweise mit einem Kühlmittel - durchströmbar. An der Mediumeintrittsstelle und an der gegenüberliegenden Mediumaustrittsstelle des Wärmetauschers münden die Flachrohre in den jeweiligen Rohrboden. Senkrecht zu den jeweiligen Rohrböden ist der Wärmetauscher durch die Lufteintrittsseite und die gegenüberliegende Luftaustrittsseite sowie durch zwei gegenüberliegende Seitenflächen begrenzt. Zwischen den Flachrohren sind die mehreren Wärmeübertragerstrukturen, beispielsweise Wellbleche, mit den mehreren Führungskanälen angeordnet, die mit der Kühlluft durchströmbar sind. An der Lufteintrittsseite und an der Luftaustrittsseite wechseln sich die Stegflächen der Flachrohre und die Wärmeübertragerstrukturen mit den mehreren Führungskanälen ab, so dass die Kühlluft an der Lufteintrittsseite zwischen den Flachrohren in den Wärmetauscher einströmen und an der Luftaustrittsseite ausströmen kann. Die Führungskanäle der Wärmeübertragerstrukturen erstrecken sich zweckgemäß senkrecht von der Lufteintrittsseite zur Luftaustrittsseite und sind parallel zu den Seitenflächen und den Rohrböden des Wärmetauschers ausgerichtet.
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Die einzelnen Schutzschienen des Schutzgitters sind an der Lufteintrittsfläche vor den einzelnen Stegflächen der jeweiligen Flachrohre angeordnet und schützen diese vor Steinschlag. Erfindungsgemäß ist das Schutzgitter an dem Wärmetauscher stoffschlüssig festgelegt, so dass herkömmlich notwendige Halterungen entfallen. Vorteilhafterweise benötigt das Schutzgitter dadurch keinen zusätzlichen Bauraum, so dass die Einbauabmessungen des Wärmetauschers erhalten bleiben und keine neuen Montage- oder Haltevorrichtungen für den erfindungsgemäßen Wärmetauscher notwendig sind. Zwischen dem Schutzgitter und dem Wärmetauscher können ferner keine Relativbewegungen entstehen und eine unerwünschte Geräuschentwicklung in dem Kraftfahrzeug wird vermieden. Auch die Kühlleistung bleibt in dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher vorteilhaft erhalten, da die vor den Stegflächen angeordneten Schutzschienen den Kühlluftstrom zwischen den Flachrohren nicht beeinträchtigen.
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Vorteilhafterweise kann das Schutzgitter die Lufteintrittsseite vollflächig oder auch nur bereichsweise überdecken. So kann die Lufteintrittsseite beispielsweise nur dort mit dem Schutzgitter überdeckt sein, wo diese durch keine innenliegende Bauteile geschützt ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Schutzgitter die Lufteintrittsseite auch nur dort überdecken, wo die Lufteintrittsseite tatsächlich vor Steinschlägen geschützt werden muss. Auf diese Weise können die Flachrohre in dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher effizient und kostengünstig bei einer minimalen Beeinträchtigung des Kühlluftstroms und folglich der Kühlleistung des Wärmetauschers geschützt werden.
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Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist vorgesehen, dass das Schutzgitter aus einem Kunststoff oder aus einem Silikonmaterial besteht. Bevorzugt ist der Kunststoff ein Polyethylen oder ein Polypropylen oder ein Polyamid. Das Schutzgitter aus einem Kunststoff oder aus einem Silikonmaterial ist leicht und kostengünstig, so dass das Eigengewicht sowie die Kosten des Wärmetauschers reduziert werden können. Das Material des Schutzgitters weist zweckgemäß einen gleichen oder einen höheren Wärmedehnungskoeffizient als das Material der Flachrohre und der Wärmeübertragerstrukturen auf, die üblicherweise aus Aluminium sind. Zudem ist das Material des Schutzgitters zweckgemäß elastisch verformbar und alterungsbeständig.
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Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass das Schutzgitter aus einem Kunststoff auf dem Wärmetauscher bereichsweise - beispielsweise punktweise - oder vollflächig aufgeschmolzen ist. Auf diese Weise ist das Schutzgitter kostengünstig und einfach auf dem Wärmetauscher festlegbar und die Gesamtkosten des Wärmetauschers können weiter reduziert werden. Alternativ oder zusätzlich zum Aufschmelzen kann das Schutzgitter an den Wärmetauscher bereichsweise - beispielsweise punktweise - oder vollflächig aufgeklebt sein. Bei dem punktweise aufgeklebten oder aufgeschmolzenen Schutzgitter ist dieses bereichsweise von der Lufteintrittsfläche entkoppelt und ist auch bei unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten des Schutzgitters und der Flachrohre beziehungsweise der Wärmeübertragerstrukturen weniger mechanisch belastet. Die Schutzschienen des Schutzgitters können sowohl an den Stegflächen der Flachrohre als auch an den Rohrböden des Wärmetauschers stoffschlüssig festgelegt sein.
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Um den Kühlluftstrom möglichst wenig zu beeinträchtigen, kann die jeweilige Schutzschiene die jeweilige Stegfläche zu 80% bis 100% überdecken. Der Grad der Überdeckung hängt dabei von der Ausgestaltung der jeweiligen Flachrohre in dem Wärmetauscher ab. So sind beispielsweise ein direkter Steinschlag und ein mechanisches Beschädigen des Flachrohrs an einer Eckabrundung der Stegfläche eher unwahrscheinlich, so dass für einen ausreichenden Steinschlagschutz die Stegfläche nur bereichsweise überdeckt sein muss. Vorteilhafterweise bleibt dadurch der Kühlluftstrom durch den Wärmetauscher erhalten und die Kühlleistung wird nicht beeinträchtigt. Die Schutzschienen des Schutzgitters können dabei je nach der Ausgestaltung der Flachrohre in dem Wärmetauscher eine Breite zwischen 0,5 mm und 6 mm, bevorzugt zwischen 0,5 mm und 3 mm, aufweisen.
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Um das Schutzgitter zu stabilisieren, können die Schutzschienen des Schutzgitters an einem Rahmen integral ausgebildet sein. Der Rahmen kann dann an dem Wärmetauscher festgelegt sein, wobei der Rahmen bevorzugt an den Stegflächen der Flachrohre und/oder an den Rohrböden und/oder an Seitenflächen und/oder an der Lufteintrittsfläche des Wärmetauschers festgelegt ist.
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Alternativ oder zusätzlich können an den Schutzschienen mehrere zu den Schutzschienen quer angeordnete und einander parallele Querträger integral ausgebildet sein. Die Querträger sind dabei an dem Wärmetauscher - bevorzugt an den Stegflächen der Flachrohre und/oder an den Rohrböden und/oder an Seitenflächen und/oder an der Lufteintrittsfläche - festgelegt. Die Querträger des Schutzgitters können eine Breite zwischen 0,5 mm und 4 mm, bevorzugt zwischen 0,5 mm und 1 mm, aufweisen. Die Breite der Querträger ist dabei so gewählt, dass das Gitter ausreichend stabil und der Kühlluftstrom möglichst wenig beeinträchtigt ist. Der Abstand der einzelnen Querträger zueinander kann zwischen 5 mm und 50 mm liegen. Zur Stabilität des Schutzgitters können Aussparungsbereiche zwischen den benachbarten Schutzschienen und den benachbarten Querträger beispielsweise quadratisch sein. Um den Kühlluftstrom zu erhöhen, können diese jedoch auch rechteckförmig sein.
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Zusammenfassend ist der erfindungsgemäße Wärmetauscher bauraumsparend und kostengünstig herstellbar, da für das stoffschlüssig an dem Wärmetauscher festgelegte Schutzgitter kein zusätzlicher Bauraum sowie keine zusätzlichen Halterungen notwendig sind. Ferner können keine Relativbewegungen zwischen dem Schutzgitter und dem Wärmetauscher entstehen und eine unerwünschte Geräuschentwicklung in dem Kraftfahrzeug wird vermieden. Auch der Kühlluftstrom zwischen den Flachrohren wird nicht beeinträchtigt und die Kühlleistung des Wärmetauschers bleibt vorteilhafterweise erhalten.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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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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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Die einzige 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher 1 mit einem Schutzgitter 2.
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Der Wärmetauscher 1 kann beispielsweise ein Kühlmittelkühler oder ein Ladeluftkühler oder ein Kondensator sein. Der Wärmetauscher 1 weist mehrere beabstandet zueinander angeordnete, insbesondere übereinander gestapelte, Flachrohre 3 für ein zu kühlendes Medium 4 auf, die an einer Mediumeintrittsstelle 5a und an einer gegenüberliegenden Mediumaustrittsstelle 5b des Wärmetauschers 1 in jeweils einen Rohrboden - hier nicht gezeigt - einmünden. Ferner weist der Wärmetauscher 1 mehrere zwischen den Flachrohren 3 angeordnete Wärmeübertragerstrukturen 6 mit mehreren Führungskanälen 7 für eine Kühlluft 8 auf, die von einer Lufteintrittsseite 9a zu einer gegenüberliegenden Luftaustrittsseite 9b des Wärmetauschers 1 mit der Kühlluft durchströmbar sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Wärmeübertragerstrukturen 6 wellenförmig und die Führungskanäle 7 sind beidseitig an der jeweiligen Wärmeübertragerstruktur 6 zwischen dieser und den benachbarten Flachrohren 3 gebildet.
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Senkrecht zu der Mediumeintrittsstelle 5a und der Mediumaustrittsstelle 5b ist der Wärmetauscher 1 durch die Lufteintrittsseite 9a und die Luftaustrittsseite 9b sowie durch zwei gegenüberliegende Seitenflächen 10a und 10b begrenzt. An der Lufteintrittsseite 9a und an der Luftaustrittsseite 9b wechseln sich Stegflächen 3a der Flachrohre 3 und die Wärmeübertragerstrukturen 6 mit den mehreren Führungskanälen 7 ab, so dass die Kühlluft 8 an der Lufteintrittsseite 9a zwischen den Flachrohren 3 in den Wärmetauscher 1 einströmen und an der Luftaustrittsseite 9b ausströmen kann. Die Führungskanäle 7 der Wärmeübertragerstrukturen 6 erstrecken sich senkrecht von der Lufteintrittsseite 9a zu der Luftaustrittsseite 9b und sind parallel zu den Seitenflächen 10a und 10b des Wärmetauschers 1 ausgerichtet.
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Das Schutzgitter 2 des Wärmetauschers 1 weist mehrere vor den jeweiligen Stegflächen 3a der Flachrohre 3 angeordnete Schutzschienen 11 auf, die die Stegflächen 3a der Flachrohre 3 vor Steinschlag schützen. Um den Kühlluftstrom möglichst wenig zu beeinträchtigen, überdecken die jeweiligen Schutzschienen 11 die jeweiligen Stegflächen 3a zu 80% bis 100% und weisen eine Breite zwischen 0,5 mm und 6 mm, bevorzugt zwischen 0,5 mm und 3 mm, auf. Um das Schutzgitter zu stabilisieren, sind die Schutzschienen 11 durch mehrere zu den Schutzschienen 11 quer angeordnete Querträger 12 verbunden. Die Querträger 12 des Schutzgitters 2 weisen dabei eine Breite zwischen 0,5 mm und 4 mm, bevorzugt zwischen 0,5 mm und 1 mm, auf und sind in einem Abstand zwischen 5 mm und 50 mm zueinander angeordnet. Die Querträger 12 sind dabei so ausgebildet, dass das Schutzgitter 2 ausreichend stabil und der Kühlluftstrom möglichst wenig beeinträchtigt ist.
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Das Schutzgitter 2 ist an dem Wärmetauscher 1 stoffschlüssig - punktweise oder auch vollflächig - festgelegt und in 1 ausschließlich zur Übersichtlichkeit von der Lufteintrittsfläche 9a beabstandet gezeigt. Die Montagerichtung des Schutzgitters 2 an der Lufteintrittsfläche 9a ist dabei mit unterbrochenen Pfeilen angedeutet. Das Schutzgitter 2 kann aus einem Kunststoff - beispielsweise Polyethylen oder Polypropylen oder Polyamid - bestehen und auf dem Wärmetauscher 1 aufgeschmolzen sein. Alternativ kann das Schutzgitter 2 auf dem Wärmetauscher 1 auch aufgeklebt sein. Dabei können sowohl die Schutzschienen 11 als auch die Querträger 12 an der Lufteintrittsfläche 9a festgelegt werden. In diesem Ausführungsbeispiel überdeckt das Schutzgitter 2 die Lufteintrittsfläche 9a vollständig. Alternativ kann das Schutzgitter 1 die Lufteintrittsfläche 9a auch bereichsweise überdecken.
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Der erfindungsgemäße Wärmetauscher 1 ist im Vergleich zu herkömmlichen Wärmeträgern bauraumsparend, da keine zusätzlichen Halterungen für das stoffschlüssig an dem Wärmetauscher 1 festgelegte Schutzgitter 2 notwendig sind. Ferner werden Relativbewegungen zwischen dem Schutzgitter 2 und dem Wärmetauscher 1 minimiert und eine unerwünschte Geräuschentwicklung in dem Kraftfahrzeug vorteilhaft vermieden. Der Kühlluftstrom zwischen den Flachrohren 3 wird dabei nicht beeinträchtigt und die Kühlleistung des Wärmetauschers 1 bleibt erhalten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0060393 A2 [0003]
- US 3385355 [0004]
- US 5042575 [0005]
- EP 0076928 A1 [0006]
- EP 0980504 B1 [0007]
