DE102019002466B4 - Air-to-water intercooler - Google Patents

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Abstract

Luft-Wasser-Ladeluftkühler, eine äußere Geometrie, einen Luft- und Wasser-Eintrittsbereich, einen Wärmeübertragungsbereich und einen Luft- und Wasser-Austrittsbereich aufweisend, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Geometrie und der Wärmeübertragungsbereich derart topologieoptimiert sind, dass Material gemäß den Forderungen der Festigkeit nur insoweit vorhanden ist, als es die zulässigen Spannungen vorgeben, der Luft-Wasser-Eintrittsbereich und der Luft-Wasser-Austrittsbereich derart strömungsoptimiert sind, dass wirbelauslösende Kanten verhindert werden und ein laminar fließendes Kühlfluid gewährleistet wird, die äußere Geometrie einer organischen Form entspricht und der Luft-Wasser-Ladeluftkühler durch ein additives Verfahren hergestellt ist.Air-water intercooler, having an outer geometry, an air and water inlet area, a heat transfer area and an air and water outlet area, characterized in that the outer geometry and the heat transfer area are topology-optimized in such a way that the material meets the requirements of Strength is only available insofar as the permissible stresses specify it, the air-water inlet area and the air-water outlet area are flow-optimized in such a way that eddy-causing edges are prevented and a laminar flowing cooling fluid is guaranteed, the external geometry corresponds to an organic shape and the air-to-water intercooler is manufactured by an additive process.

Description

Die Erfindung betrifft einen additiv gefertigten Luft-Wasser-Ladeluftkühler zur Kühlung der angesaugten Verbrennungsluft von hochaufgeladenen Verbrennungsmotoren, welcher im Hinblick auf die Effizienz der Kühlung und die Minimierung von Bauraum, Gewicht und der Strömungsverluste optimiert ist.The invention relates to an additively manufactured air-water intercooler for cooling the intake combustion air of highly charged internal combustion engines, which is optimized with regard to the efficiency of the cooling and the minimization of installation space, weight and flow losses.

Ladeluftkühler sind in unterschiedlichen Bauarten bekannt. So offenbart die DE 10 2014 217 312 A1 einen Ladeluftkühler mit einer verstärkten Bodenplatte und/oder Deckplatte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung Ladeluftkühler in Plattenbauweise, die durch Zusammenfügen einer Vielzahl von einzelnen Platten hergestellt werden. Solche Ladeluftkühler werden auch als Platten-Ladeluftkühler bezeichnet.Charge air coolers are known in different designs. So reveals the DE 10 2014 217 312 A1 a charge air cooler with a reinforced base plate and / or cover plate according to the preamble of claim 1. In particular, the invention relates to charge air coolers in plate construction, which are produced by joining a multiplicity of individual plates. Such charge air coolers are also referred to as plate charge air coolers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ladeluftkühler mit verstärkter Bodenplatte und/oder Deckplatte zur Verfügung zu stellen, der ein in Bezug auf Thermowechselspannungen verbessertes Betriebsverhalten aufweist, insbesondere, wenn es sich um einen Ladeluftkühler in Plattenbauweise handelt, im Bereich zwischen einer Bodenplatte und/oder Deckplatte und der jeweils benachbarten Platte.The invention is based on the object of providing a charge air cooler with a reinforced base plate and / or cover plate, which has an improved operating behavior with regard to alternating thermal voltages, in particular when it is a charge air cooler in plate construction, in the area between a base plate and / or cover plate and the respective adjacent plate.

Weiter ist aus der Offenlegungsschrift DE 10 2010 036 591 A1 eine Vorrichtung zur Ladeluftkühlung, nämlich zur Kühlung von in einem Verdichter mindestens eines Abgasturboladers verdichteter, einer Brennkraftmaschine zuzuführender Ladeluft, wobei in einem gemeinsamen Gehäuse mindestens zwei Ladeluftkühler angeordnet sind, nämlich derart, dass den in dem gemeinsamen Gehäuse angeordneten Ladeluftkühlern zu kühlende Ladeluft über jeweils eine separate Zuluftkammer, die von dem gemeinsamen Gehäuse bereitgestellt ist, getrennt zuführbar ist, und dass von den in dem gemeinsamen Gehäuse angeordneten Ladeluftkühlern gekühlte Ladeluft über eine gemeinsame Abluftkammer, die von dem gemeinsamen Gehäuse bereitgestellt ist, gemeinsam abführbar ist.Further is from the Offenlegungsschrift DE 10 2010 036 591 A1 a device for charge air cooling, namely for cooling charge air which is compressed in a compressor of at least one exhaust gas turbocharger and is to be supplied to an internal combustion engine, with at least two charge air coolers being arranged in a common housing, namely in such a way that the charge air coolers which are arranged in the common housing each have one separate supply air chamber, which is provided by the common housing, can be supplied separately, and that the charge air cooled by the charge air coolers arranged in the common housing can be discharged jointly via a common exhaust air chamber, which is provided by the common housing.

Weiterhin ist aus der Offenlegungsschrift DE 10 2010 018 356 A1 eine Anordnung einer Ladeluftleitung an einer Brennkraftmaschine offenbart, insbesondere für Kraftfahrzeuge, die sich vorzugsweise von einer Aufladeeinrichtung an der einen Längsseite der Brennkraftmaschine zu einer Luftverteilereinrichtung auf der anderen Längsseite erstreckt, wobei ein Abschnitt der Ladeluftleitung durch einen seitlich angebauten Motorträger der Brennkraftmaschine geführt ist und zwischen den Einrichtungen ein Ladeluftkühler eingeschaltet ist. Eine baulich und konstruktiv besonders vorteilhafte Anordnung von Ladeluftleitung und Ladeluftkühler ist dadurch erzielt, dass Abschnitte der Ladeluftleitung in an beiden Längsseiten der Brennkraftmaschine vorgesehene Motorträger integriert sind, dass der Ladeluftkühler an Befestigungsflanschen der beiden Motorträger angeschlossen ist und mit den integrierten Abschnitten der Ladeluftleitung kommuniziert.Furthermore, from the laid-open specification DE 10 2010 018 356 A1 discloses an arrangement of a charge air line on an internal combustion engine, in particular for motor vehicles, which preferably extends from a charging device on one longitudinal side of the internal combustion engine to an air distribution device on the other longitudinal side, with a section of the charge air line being guided through a laterally mounted engine mount of the internal combustion engine and between the facilities a charge air cooler is switched on. A structurally and structurally particularly advantageous arrangement of the charge air line and charge air cooler is achieved in that sections of the charge air line are integrated in engine mounts provided on both longitudinal sides of the internal combustion engine, that the charge air cooler is connected to mounting flanges of the two engine mounts and communicates with the integrated sections of the charge air line.

Weiter ist aus der Offenlegungsschrift DE 10 2015 204 983 A1 ein Wärmetauscher bekannt, insbesondere für eine Abwärmenutzungseinrichtung, mit einer Mehrzahl von Fluidpfaden zum Durchströmen mit einem Fluid, wobei jeder Fluidpfad wenigstens teilweise von einem Rohrkörper begrenzt ist, wobei die Rohrkörper sich entlang einer Rohrstreckungsrichtung erstrecken und entlang einer Stapelrichtung stapelartig aufeinander angeordnet sind, wobei durch einen Zwischenraum, welcher zwischen zwei in Stapelrichtung benachbarten Rohrkörpern vorhanden ist, jeweils ein Gaspfad zum Durchströmen mit einem Gas entlang einer Gasdurchströmungsrichtung ausgebildet ist, wobei in den Fluidpfaden jeweils benachbart zueinander eine Mehrzahl von Trennelementen angeordnet ist, welche jeden Fluidpfad in eine Mehrzahl von Fluidkanälen unterteilen, die sich jeweils entlang einer Fluid-Durchströmungsrichtung erstrecken, wobei die Fluid-Durchströmungsrichtung orthogonal zur Rohrkörper-Erstreckungsrichtung verläuft.Further is from the Offenlegungsschrift DE 10 2015 204 983 A1 a heat exchanger known, in particular for a waste heat recovery device, with a plurality of fluid paths for a fluid to flow through, each fluid path being at least partially delimited by a tubular body, the tubular bodies extending along a pipe extension direction and being stacked on top of one another along a stacking direction, with an interspace which is present between two tubular bodies adjacent in the stacking direction, a gas path is formed in each case for a gas to flow through along a gas flow direction, a plurality of separating elements being arranged adjacent to one another in the fluid paths, which divide each fluid path into a plurality of fluid channels which each extend along a fluid flow direction, the fluid flow direction running orthogonally to the pipe body extension direction.

Zuletzt ist aus der DE 10 2015 204 015 A1 ein Wärmetauscher bekannt, insbesondere für ein Kettenfahrzeug, mit einer Mehrzahl von ersten Fluidpfaden zum Durchströmen mit einem ersten Fluid und einer Mehrzahl von zweiten Fluidpfaden, die fluidisch von den ersten Fluidpfaden getrennt und thermisch mit diesen verbunden sind, wobei die Fluidpfade durch Rohrkörper begrenzt sind, die mittels eines additiven Herstellungsverfahren hergestellt sind, wobei ein senkrecht zur Erstreckungsrichtung gemessener Rohrquerschnitt wenigstens eines Rohrkörpers, vorzugsweise einer Mehrzahl der Röhrkörper, höchst vorzugsweise alle Rohrkörper, wenigstens abschnittsweise entlang der Erstreckungsrichtung zu- oder abnimmt.Last is from the DE 10 2015 204 015 A1 a heat exchanger is known, in particular for a tracked vehicle, with a plurality of first fluid paths for flowing through with a first fluid and a plurality of second fluid paths which are fluidically separated from the first fluid paths and thermally connected to them, the fluid paths being delimited by tubular bodies, which are produced by means of an additive manufacturing process, a pipe cross-section measured perpendicular to the direction of extension of at least one pipe body, preferably a plurality of the pipe bodies, most preferably all of the pipe bodies, increasing or decreasing at least in sections along the direction of extent.

Der Nachteil des bekannten Standes der Technik liegt darin, dass aufgrund der Plattenbauweise der Kühlelemente eine bestimmte, meist rechteckige Form der Kühlfläche zwingend vorgegeben ist, wodurch sich in Relation zu der eigentlichen Ladeluftführung (i.d.R. als Rohrgeometrie ausgeführt) zum einen ein deutlich erhöhter Bauraumbedarf einstellt und zum anderen aufgrund der Querschnitts-/Geometrieänderungen zusätzliche Strömungsverluste entstehen Dieser Nachteil wird auch nur unwesentlich kleiner wenn die Platten nebeneinander angeordnet und damit die Gehäuseform flexibler gestaltet werden kann. Zuletzt werden durch den fehlenden Bauraum weitere Baugruppen verwendet (Motorhalterungen), deren strömungstechnische Geometrie nicht optimal abgestimmt ist und deren zusätzliche Belastung ursprünglich nicht vorgesehen war.The disadvantage of the known prior art is that due to the plate construction of the cooling elements, a certain, mostly rectangular shape of the cooling surface is mandatory, which in relation to the actual charge air duct (usually designed as a pipe geometry) on the one hand results in a significantly increased space requirement and on the other hand, the changes in cross-section / geometry result in additional flow losses. This disadvantage is also only insignificantly smaller if the plates are arranged next to one another and thus the housing shape can be made more flexible. Finally, due to the lack of installation space, further assemblies are used (motor mounts), their fluidic geometry is not optimally coordinated and its additional load was not originally intended.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Luft-Wasser-Ladeluftkühler vorzustellen, der gewichts-, bauraum- und strömungsoptimiert ist.The object of the invention is therefore to present an air-water charge air cooler that is optimized in terms of weight, installation space and flow.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.This problem is solved by the features of the main claim. Advantageous embodiments are described in the subclaims.

Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass zur gewichtsoptimierten Ausgestaltung die äußere Geometrie topologieoptimiert ist. Material ist gemäß den Forderungen der Festigkeit nur insoweit vorhanden, als es die zulässigen Spannungen vorgeben. Besonders im Bereich der Halterungen sind so erhebliche Material- und Masseeinsparungen möglich.The advantage of the invention is that the outer geometry is topology-optimized for the weight-optimized configuration. According to the strength requirements, material is only available to the extent that it is specified by the permissible stresses. In this way, considerable savings in material and weight are possible, particularly in the area of the mounts.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Luft- Wasser-Ladekühlers ist der strömungsoptimierte An- und Abströmbereich der Kühllamellen als solches, welche die wassergefüllten Kühlkanäle an Ein- und Austritt der Kühlfläche umschließen. Die Strömungsverluste können damit im Vergleich zu den aus fertigungstechnischen Gründen kastenförmig gestalteten Kühllamellen konventioneller Wärmetauscher deutlich reduziert werden. In diesem Sinne werden wirbelauslösende Kanten verhindert und ein laminar fließendes Kühlfluid gewährleistet. Im Eingangsbereich befinden sich keine Wirbelströmung erzeugenden, sprunghaften Querschnittsveränderungen, sondern lediglich gleichmäßig Ansteigende bzw. Abfallende. Dabei wird weiterhin besonders die Fluideintrittsrichtung besonders berücksichtigt um bereits im Zuführsystem ein strömungsberuhigtes Fluid zu erzeugen.Another advantage of the air-water charge cooler according to the invention is the flow-optimized inflow and outflow area of the cooling fins as such, which enclose the water-filled cooling channels at the inlet and outlet of the cooling surface. The flow losses can thus be significantly reduced in comparison to the cooling fins of conventional heat exchangers, which are box-shaped for manufacturing reasons. In this sense, eddy-inducing edges are prevented and a laminar flowing cooling fluid is guaranteed. In the entrance area, there are no sudden changes in cross-section that generate eddy currents, but only evenly rising or falling ends. The direction of fluid entry is also particularly taken into account in order to generate a flow-calmed fluid in the feed system.

In einer weiteren, möglichen Ausgestaltung sind die Querschnitte nicht netzartig symmetrisch aufgebaut, sondern, je nach Spannungsverteilung im Bauteil unterschiedlich. Beispielsweise werden die Wandstärken im Bereich der Halterungen vergrößert, während sie in unbeanspruchten Außenbereichen verringert sind. Der bekannte Lagenaufbau der Plattenkühler weicht beispielsweise einer spannungsoptimierten Rundform.In a further, possible embodiment, the cross-sections are not constructed symmetrically like a network, but differ depending on the stress distribution in the component. For example, the wall thicknesses are increased in the area of the brackets, while they are reduced in unstressed outer areas. The well-known layer structure of the plate cooler gives way, for example, to a tension-optimized round shape.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Luft- Wasser-Ladekühlers ist der strömungsoptimierte Luft-Wasser-Austrittsbereich. Als Weiterentwicklung der bekannten kastenförmigen Austrittsbereiche wird der erfindungsgemäße Austrittsbereich strömungsoptimiert ausgelegt. In diesem Sinne werden wirbelauslösende Kanten verhindert und ein laminar fließendes Kühlfluid gewährleistet. Im Austrittsbereich befinden sich keine Wirbelströmung erzeugenden. sprunghaften Querschnittsveränderungen, sondern lediglich gleichmäßig Ansteigende bzw. Abfallende. Dabei wird weiterhin besonders die Fluidaustrittsrichtung besonders berücksichtigt um im Abführsystem ein strömungsberuhigtes Fluid zu erzeugen.Another advantage of the air-water charge cooler according to the invention is the flow-optimized air-water outlet area. As a further development of the known box-shaped outlet areas, the outlet area according to the invention is designed to be flow-optimized. In this sense, eddy-inducing edges are prevented and a laminar flowing cooling fluid is guaranteed. There are no eddy currents in the exit area. sudden changes in cross-section, but only evenly rising or falling end. In this case, the fluid outlet direction is also particularly taken into account in order to generate a flow-calmed fluid in the discharge system.

Der erfindungsgemäße Luft-Wasser-Ladeluftkühler ist aufgrund seines einteiligen Aufbaus im Gegensatz zur bekannten Plattenbauweise hinsichtlich seiner geometrischen Ausgestaltung an vorhandene Bauräume anpassbar. Die Geometrie kann aufgrund der Bedürfnisse weiterer Motorenbaugruppen angepasst werden. Dabei ist es ebenfalls möglich eine strömungsoptimierte Kontur zwischen Eingangs- und Ausgangsbereich zu schaffen, die beispielsweise um ein weiteres Bauteil herumgeführt ist oder notwendigen Raum für ein weiteres Bauteil, wie Motorblock, Einspritzanlage, Luftfilter oder weitere Kühler, schafftThe air-water charge air cooler according to the invention can be adapted to existing installation spaces in terms of its geometrical design due to its one-piece construction, in contrast to the known plate construction. The geometry can be adapted to the needs of other engine assemblies. It is also possible to create a flow-optimized contour between the inlet and outlet area, which for example is routed around another component or creates the necessary space for another component, such as an engine block, injection system, air filter or additional cooler

Voraussetzung für die einfache Umsetzung der erfindungsgemäßen Merkmale ist die Herstellung eines Luft-Wasser-Ladeluftkühlers durch ein additives Fertigungsverfahren. Sowohl die topologischen als auch die strömungstechnischen Forderungen werden schichtweise im Inneren des Luft-Wasser-Ladeluftkühlers wie in seiner äußeren Geometrie umgesetzt.The prerequisite for the simple implementation of the features according to the invention is the manufacture of an air-water charge air cooler using an additive manufacturing process. Both the topological and the fluidic requirements are implemented in layers inside the air-water intercooler as in its outer geometry.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung ist in Unteranspruch 2 beschrieben. Im Gegensatz zu bekannten Ladeluftkühlen, deren Einzel-Kühllamellen im Guss-, Strangpress- oder Biegeverfahren hergestellt werden und mittels Lötprozess zu einem Wärmetauscher verbunden werden, kann der Wärmeübertragungsbereich des erfindungsgemäßen Luft-Wasser-Ladeluftkühlers topologieoptimiert werden, wodurch sich z.B. dünnere Wandstärken der Trennwände von Wasserkanal und Luftkanal realisieren lassen, die wiederum eine Verbesserung der Wärmeabfuhr ermöglichen. Eine aus Festigkeitsgesichtspunkten, partielle Verbindung gegenüberliegender Wände im Kühlkanal in Form vom Stegen kann die Wandstärke zwischen Kühlkanal und Luftkanal auf ein Minimum reduzieren und die abgeführte Wärme maximieren.A particularly advantageous embodiment is described in dependent claim 2. In contrast to known charge air coolers, the individual cooling fins of which are manufactured in the casting, extrusion or bending process and are connected to a heat exchanger by means of a soldering process, the heat transfer area of the air-water charge air cooler according to the invention can be topology-optimized, whereby e.g. Realize thinner wall thicknesses of the partition walls of the water duct and air duct, which in turn enable an improvement in heat dissipation. A partial connection of opposing walls in the cooling channel in the form of webs from a strength point of view can reduce the wall thickness between cooling channel and air channel to a minimum and maximize the dissipated heat.

Vorteilhaft wirken sich alle o.g. Topologieoptimierungen auf das Flächenverhältnis von Luftkanal zur Kühlfläche und Wänden aus, was hierdurch größer wird. Auf das Volumen bezogen kann die wirksame Kühlfläche somit erhöht werden, die Kühlleistung pro Volumen wird dadurch erhöht; Folglich können kompaktere Wärmetauscher realisiert werden.All of the above have an advantageous effect Topology optimizations on the area ratio of the air duct to the cooling surface and walls, which becomes larger as a result. In relation to the volume, the effective cooling surface can thus be increased, the cooling capacity per volume is increased as a result; As a result, more compact heat exchangers can be realized.

Strömungsoptimiert im Sinne des erfindungsgemäßen Luft-Wasser-Ladeluftkühlers bedeutet, dass die Strömung unterhalb der kritischen Reynoldszahl liegt um einen wirbelfreien Strom mit geringem Widerstand und hohem Massedurchsatz zu garantieren. Ein derart auf laminare Strömung optimierter Luft-Wasser-Ladekühler ist in Unteranspruch 3 beschrieben.Flow-optimized in the sense of the air-water charge air cooler according to the invention means that the flow is below the critical Reynolds number in order to guarantee an eddy-free flow with low resistance and high mass throughput. An air-water charge cooler optimized for laminar flow is described in dependent claim 3.

Es zeigt die 1 einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Luft-Wasser-Ladeluftkühlers. Es zeigt die 2 einen Teilbereich der Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Luft-Wasser-Ladeluftkühlers. Es zeigt die 3 einen erfindungsgemäßen Luft-Wasser-Ladeluftkühler.It shows the 1 a cross section of an air-water charge air cooler according to the invention. It shows the 2 a partial area of the side view of an air-water charge air cooler according to the invention. It shows the 3 an air-water charge air cooler according to the invention.

Es zeigt 1 den Querschnitt 1 eines Luft-Wasser Ladeluftkühlers im Wärmeübertragungsbereich. Die Luftleitkanäle 2 sind den Wasserleitkanälen 3 benachbart und topologieoptimiert gestaltet. Im Bereich der Halterung 4 ist der Luft-Wasser-Ladeluftkühler ebenfalls massereduziert. In einem Bereich 5 ist die Geometrie einer benachbarten Baugruppe angepasst.It shows 1 the cross section 1 an air-to-water intercooler in the heat transfer area. The air ducts 2 are the water ducts 3 adjacent and topology-optimized. In the area of the bracket 4th the air-to-water intercooler is also mass reduced. In one area 5 the geometry of an adjacent assembly is adapted.

Es zeigt 2 einen Wassereintritt 11 und eine 90° versetzte Lufteintrittsöffnung 12. Die Geometrie der Wasserkanäle 13 ist strömungsoptimiert für das innengeführte Wasser sowie die außengeführte Luft. Die Querschnittsänderungen erfolgen kontinuierlich.It shows 2 a water entry 11 and a 90 ° offset air inlet opening 12 . The geometry of the water channels 13 is flow-optimized for the internal water and the external air. The cross-section changes take place continuously.

Es zeigt 3 einen additiv hergestellten Luft-Wasser-Ladeluftkühler 21 mit einem Wassereintrittsbereich 22 und einem Lufteintrittsbereich 23. Der Wärmetauscherbereich 24 ist dem für den Einbau im Fahrzeug vorgesehenen Bauraum angepasst. Der Wasseraustrittsbereich 25 und der Luftaustrittsbereich 26 weisen in die für die Anschlüsse vorteilhafteste Richtung um einen strömungsoptimierten weiteren Fluidflüss zu ermöglichen.It shows 3 an additively manufactured air-water intercooler 21st with a water entry area 22nd and an air inlet area 23 . The heat exchanger area 24 is adapted to the space provided for installation in the vehicle. The water outlet area 25th and the air outlet area 26th point in the direction that is most advantageous for the connections in order to enable a further fluid fluid that is optimized for flow.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Querschnittcross-section
22
LuftleitkanäleAir ducts
33
WasserleitkanäleWater ducts
44th
Halterungbracket
55
Bereich benachbarter BaugruppeArea of adjacent assembly
1111
WassereintrittWater ingress
1212
LufteintrittsöffnungAir inlet opening
1313th
WasserkanäleWater channels
2121st
LadeluftkühlerIntercooler
2222nd
WassereintrittsbereichWater entry area
2323
LufteintrittsbereichAir inlet area
2424
WärmetauscherbereichHeat exchanger area
2525th
WasseraustrittsbereichWater outlet area
2626th
LuftaustrittsbereichAir outlet area

Claims (3)

Luft-Wasser-Ladeluftkühler, eine äußere Geometrie, einen Luft- und Wasser-Eintrittsbereich, einen Wärmeübertragungsbereich und einen Luft- und Wasser-Austrittsbereich aufweisend, dadurch gekennzeichnet, dass - die äußere Geometrie und der Wärmeübertragungsbereich derart topologieoptimiert sind, dass Material gemäß den Forderungen der Festigkeit nur insoweit vorhanden ist, als es die zulässigen Spannungen vorgeben, - der Luft-Wasser-Eintrittsbereich und der Luft-Wasser-Austrittsbereich derart strömungsoptimiert sind, dass wirbelauslösende Kanten verhindert werden und ein laminar fließendes Kühlfluid gewährleistet wird, - die äußere Geometrie einer organischen Form entspricht und - der Luft-Wasser-Ladeluftkühler durch ein additives Verfahren hergestellt ist.Air-water intercooler, having an outer geometry, an air and water inlet area, a heat transfer area and an air and water outlet area, characterized in that - the outer geometry and the heat transfer area are topology-optimized in such a way that material according to the requirements the strength is only available to the extent that the permissible tensions dictate, - the air-water inlet area and the air-water outlet area are flow-optimized in such a way that eddy-causing edges are prevented and a laminar flowing cooling fluid is guaranteed, - the external geometry of a organic shape and - the air-water intercooler is manufactured using an additive process. Luft-Wasser-Ladeluftkühler nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Topologie des Wärmübertragungsbereichs mindestens unter Beibehaltung der vorhandenen Oberfläche optimiert ist.Air-water intercooler after Claim 1 characterized in that the topology of the heat transfer area is optimized at least while maintaining the existing surface. Luft-Wasser-Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung auf laminare Strömung im Ein- und Austrittsbereich des Kühlkörpers optimiert ist.Air-water heat exchanger according to one of the Claims 1 and 2 , characterized in that the flow is optimized for laminar flow in the inlet and outlet area of the heat sink.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010018356A1 (en) * 2010-04-27 2011-12-29 Man Truck & Bus Ag Arrangement of a charge air line to an internal combustion engine
DE102010036591A1 (en) * 2010-07-23 2012-01-26 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Charge air cooling device
DE102014217312A1 (en) * 2014-08-29 2016-03-03 Volkswagen Aktiengesellschaft Intercooler with reinforced bottom plate and / or cover plate
DE102015204015A1 (en) * 2015-03-05 2016-09-08 Mahle International Gmbh Heat exchanger, in particular for a motor vehicle
DE102015204983A1 (en) * 2015-03-19 2016-09-22 Mahle International Gmbh Heat exchanger, in particular for a motor vehicle

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010018356A1 (en) * 2010-04-27 2011-12-29 Man Truck & Bus Ag Arrangement of a charge air line to an internal combustion engine
DE102010036591A1 (en) * 2010-07-23 2012-01-26 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Charge air cooling device
DE102014217312A1 (en) * 2014-08-29 2016-03-03 Volkswagen Aktiengesellschaft Intercooler with reinforced bottom plate and / or cover plate
DE102015204015A1 (en) * 2015-03-05 2016-09-08 Mahle International Gmbh Heat exchanger, in particular for a motor vehicle
DE102015204983A1 (en) * 2015-03-19 2016-09-22 Mahle International Gmbh Heat exchanger, in particular for a motor vehicle

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