DE102020207552A1

DE102020207552A1 - Wärmeübertrager

Info

Publication number: DE102020207552A1
Application number: DE102020207552.2A
Authority: DE
Inventors: Chi-Duc Nguyen; Nicolas Ferrand
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2020-06-18
Filing date: 2020-06-18
Publication date: 2021-12-23
Also published as: US20210396480A1; US11761715B2; KR20210157351A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager (1) für ein Kraftfahrzeug. Der Wärmeübertrager (1) weist einen Rohrblock (2) auf, der mehrere erste Mediumkanäle (3) und mehrere zweite Mediumkanäle (4) aufweist. Die ersten Mediumkanäle (3) sind von einem Einlass (5a) des Rohrblocks (2) zu einem Auslass (5b) des Rohrblocks (2) von einem zu kühlenden Medium und die zweiten Mediumkanäle (4) sind von einem kühlenden Medium durchströmbar. Der Wärmeübertrager (1) weist zudem einen Flansch (10) auf, in dem der Rohrblock (2) um den Auslass (5b) herum fluiddicht aufgenommen ist.Erfindungsgemäß ist der Flansch (5b) plattenartig und weist einen umlaufenden Schraubbereich (11) auf, der um den Rohrblock (2) herum geformt und quer zur Strömungsrichtung (SR) des zu kühlenden Mediums nach außen gerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Wärmeübertrager wird in einem Kraftfahrzeug zum Kühlen eines zu kühlenden Mediums mittels eines kühlenden Mediums eingesetzt. Dabei kann es sich beispielweise um einen Ladeluftkühler handeln, in dem Ladeluft vom Kühlwasser gekühlt wird. Der Ladeluftkühler weist dabei einen Rohrblock aus Aluminium auf, der von Ladeluft und vom Kühlwasser durchströmt wird. Die Ladeluft strömt dabei über einen Einlass in den Rohrblock ein und über einen Auslass aus dem Rohrblock aus. An dem Einlass wird üblicherweise ein Luftkasten oder ein Flansch aus Kunststoff durch ein sogenanntes Verkrimpen befestigt. An dem Auslass kann sowohl ein Luftkasten oder ein Flansch aus Kunststoff durch Verkrimpen als auch ein Flansch aus Aluminium durch Löten oder Schweißen befestigt sein. Der Luftkasten oder der Flansch am Auslass kann dann direkt mit einem Motorblock verschraubt sein. Nachteiligerweise weisen derartige Flansche eine große Dicke auf, was Bauraum in Strömungsrichtung der Ladeluft und Kosten erhöht.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, für einen Wärmeübertrager der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, bei der die beschriebenen Nachteile überwunden werden. Insbesondere soll der Wärmeübertrager einen geringen Bauraumbedarf aufweisen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein Wärmeübertrager ist für ein Kraftfahrzeug vorgesehen. Der Wärmeübertrager weist einen Rohrblock auf, der mehrere erste Mediumkanäle und mehrere zweite Mediumkanäle aufweist. Die ersten Mediumkanäle sind von einem Einlass des Rohrblocks zu einem Auslass des Rohrblocks von einem zu kühlenden Medium und die zweiten Mediumkanäle sind von einem kühlenden Medium durchströmbar. Der Wärmeübertrager weist zudem einen Flansch auf, in dem der Rohrblock um den Auslass herum fluiddicht aufgenommen ist. Erfindungsgemäß ist der Flansch plattenartig und weist einen umlaufenden Schraubbereich auf. Der Schraubbereich ist dabei um den Rohrblock herum geformt und quer zur Strömungsrichtung des zu kühlenden Mediums nach außen gerichtet.
Der erfindungsgemäße Flansch ist plattenartig, so dass insgesamt der Bauraumbedarf für den Flansch reduziert ist. Der Begriff „plattenartig“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Dicke des Flanschs mehrmals kleiner als seine Höhe und seine Breite ist. Die Dicke des Flanschs ist dabei in Strömungsrichtung des zu kühlenden Mediums in dem Auslass des Rohrblocks definiert. Der Schraubbereich ist um den Auslass herum geformt und ist demnach ringartig. Der Schraubbereich ist dabei zum unmittelbaren Verschrauben mit weiteren Komponenten des Kraftfahrzeugs vorgesehen, so dass keine weiteren Elemente zum Festlegen des Wärmeübertragers notwendig sind. Zum Verschrauben des Flanschs mit den weiteren Komponenten des Kraftfahrzeugs können in dem Schraubbereich durchgehende Schrauböffnungen vorgesehen sein. Insgesamt können das Gewicht und die Kosten des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers reduziert werden. Es versteht sich, dass die ersten Mediumkanäle und die zweiten Mediumkanäle fluidisch voneinander getrennt sind.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager um einen Ladeluftkühler. Das zu kühlende Medium ist dann Ladeluft und das kühlende Medium kann beispielweise Kühlwasser sein. Die zweiten Mediumkanäle sind dann durch Flachrohre und die ersten Mediumkanäle sind dann durch Zwischenräume zwischen den Flachrohren gebildet. Der Ladeluftkühler kann dann über den Flansch direkt mit dem Motorblock oder mit der Ansaugbrücke des Kraftfahrzeugs verschraubt sein.
Vorteilhafterweise kann der Rohrblock aus Aluminium geformt sein. Vorteilhafterweise kann der Flansch aus Blech geformt sein. Vorteilhafterweise kann das Blech ein Aluminiumblech sein. Vorteilhafterweise kann das Blech eine Dicke zwischen 1,5 mm und 2,5 mm aufweisen. Die Dicke des Blechs kann dabei innerhalb des genannten Wertebereichs abhängig von der Belastung und der Größe des Wärmeübertragers gewählt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Wärmeübertragers kann vorgesehen sein, dass der Flansch in dem Schraubbereich zweilagig ausgebildet ist. Dabei können eine erste Materiallage durch das Material des Flanschs und eine zweite Materiallage durch einen separaten plattenartigen Rahmen gebildet sein. Der Plattenrahmen folgt dabei in seiner Kontur der Form der ersten Materiallage in dem Schraubbereich und dient einer Verstärkung bzw. einer Versteifung des Flanschs in dem Schraubbereich. Der Rahmen kann dabei zur besseren Montage mehrteilig sein. Vorteilhafterweise kann das Blech des Rahmens ein Stahlblech sein. Vorteilhafterweise können die erste Materiallage und die zweite Materiallage stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Vorteilhafterweise können die erste Materiallage und die zweite Materiallage miteinander verlötet sein.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Wärmeübertragers kann vorgesehen sein, dass der Flansch in dem Schraubbereich zweilagig ausgebildet ist. Dabei können eine erste Materiallage aus dem Material des Flanschs und eine zweite Materiallage durch eine Faltung der ersten Materiallage um 180° gebildet sein. Mit anderen Worten wird der Flansch in dem Schraubbereich gefalzt und dadurch in dem Schraubbereich verstärkt bzw. versteift. Vorteilhafterweise können die erste Materiallage und die zweite Materiallage stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Vorteilhafterweise können die erste Materiallage und die zweite Materiallage miteinander verlötet sein.
Um die Steifigkeit des Flanschs in dem Schraubbereich weiter zu erhöhen, können in dem Schraubbereich mehrere Sicken ausgeformt sein. Die Sicken können voneinander abweichende Form oder Größe aufweisen und sind zweckgemäß in dem Schraubbereich verteilt und zwischen durchgehenden Schrauböffnungen in dem Schraubbereich angeordnet. Sind die erste Materiallage und die zweite Materiallage miteinander verlötet, so entsteht an den Sicken eine feste Lötverbindung zwischen den beiden Materiallagen. Vorteilhafterweise können innerhalb der Sicken in der ersten Materiallage oder in der zweiten Materiallage Öffnungen zum Applizieren eines Flussmittels zwischen den beiden Materiallagen geformt sein. Durch die Öffnungen kann das Flussmittel zwischen den beiden Materiallagen gelangen und dadurch die beiden Materiallagen sicher miteinander verlötet werden.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass an dem Flansch außerhalb des Schraubbereichs eine umlaufende Aufnahmekontur geformt ist. In der Aufnahmekontur ist dann der Rohrblock in Strömungsrichtung des zu kühlenden Mediums aufgenommen und mit dem Flansch stoffschlüssig verbunden. Vorzugsweise sind der Rohrblock und der Flansch innerhalb der Aufnahmekontur miteinander verlötet. Quer zur Strömungsrichtung des zu kühlenden Mediums in dem Auslass liegt die Aufnahmekontur radial innen und der Schraubbereich radial au-ßen.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch

1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers mit einem Flansch in einer ersten Ausführungsform;
2 und 3 eine Ansicht und eine vergrößerte Ansicht des Flanschs in der ersten Ausführungsform;
4 und 5 Schnittansichten des Wärmeübertragers mit dem Flansch in der ersten Ausführungsform;
6 und 7 eine Ansicht und eine Explosionsansicht des Wärmeübertragers mit dem Flansch in einer zweiten Ausführungsform;
8 eine Schnittansicht des Wärmeübertragers mit dem Flansch in der zweiten Ausführungsform.

1 zeigt eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers 1 - hier ein Ladeluftkühler - für ein Kraftfahrzeug. Der Wärmeübertrager 1 weist einen Rohrblock 2 auf, der mehrere erste Mediumkanäle 3 und mehrere zweite Mediumkanäle 4 - siehe hierzu insbesondere 5 - aufweist. Die Mediumkanäle 3 und 4 sind dabei innerhalb des Rohrblocks 2 angeordnet. Die ersten Mediumkanäle 3 und die zweiten Mediumkanäle 4 sind fluidisch voneinander getrennt. Die ersten Mediumkanäle 3 sind von einem Einlass 5a zu einem Auslass 5b des Rohrblocks 2 von einem zu kühlenden Medium - hier Ladeluft - durchströmbar. Die zweiten Mediumkanäle 4 sind von einem kühlenden Medium - hier Kühlwasser - von einem weiteren Einlass 6a zu einem weiteren Auslass 6b des Rohrblocks 2 durchströmbar. Die zweiten Mediumkanäle 4 sind dabei durch Flachrohre 7 - siehe hierzu insbesondere 5 - und die ersten Mediumkanäle 3 sind durch Zwischenräume 8 zwischen den Flachrohren 7 gebildet.
Der Einlass 5a des Rohrblocks 2 ist dabei mit einem Verteilkasten 9 des Wärmeübertragers 1 fluidisch verbunden, der das zu kühlende Medium zu dem Einlass 5a leitet und verteilt. Der Rohrblock 2 ist dabei aus Aluminium und der Verteilkasten 9 ist aus Kunststoff geformt und mit dem Rohrblock 2 verkrimpt. Über den Auslass 5b wird das zu kühlende Medium aus dem Wärmeübertrager 1 ausgeleitet. An dem Auslass 5b ist dabei ein Flansch 10 des Wärmeübertragers 1 befestigt, in dem der Rohrblock 2 um den Auslass 5b herum fluiddicht aufgenommen ist. Der Flansch 10 ist aus Aluminiumblech geformt und mit dem Rohrblock 2 verlötet oder verschweißt. Das Aluminiumblech kann dabei eine Dicke zwischen 1,5 mm und 2,5 mm aufweisen.
Der Flansch 10 ist plattenartig und dadurch besonders bauraumsparend ausgebildet. Der Flansch 10 weist zudem einen umlaufenden Schraubbereich 11 auf, der um den Rohrblock 2 herum geformt und quer zur Strömungsrichtung SR des zu kühlenden Mediums - hier Ladeluft - in dem Auslass 5b nach außen gerichtet ist. Der Schraubbereich 11 ist dabei zum unmittelbaren Verschrauben mit weiteren Komponenten des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Dazu sind in dem Schraubbereich 11 durchgehende Schrauböffnungen 12 vorgesehen. Der Flansch 10 ist hier in einer ersten Ausführungsform gezeigt, die anhand 2 bis 5 näher erläutert wird.
2 zeigt eine Ansicht und 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Flanschs 10 in der ersten Ausführungsform. Der Flansch 10 ist dabei in dem Schraubbereich 11 zweilagig ausgebildet, wobei eine erste Materiallage 13a aus dem Material des Flanschs 10 und eine zweite Materiallage 13b durch eine Faltung der ersten Materiallage 13a um 180° gebildet ist. In 2 ist die Faltung mit Pfeilen angedeutet. Durch die Faltung in dem Schraubbereich 11 ist dieser zusätzlich verstärkt bzw. versteift. Wie in 3 besonders gut erkennbar ist, sind Ecken des Schraubbereichs 11 unter 90° abgeschnitten. Dadurch ist der Schraubenbereich 11 auch in Eckbereichen des Flanschs 10 zweilagig ausgebildet.
In dem Schraubbereich 11 sind zudem mehrere Sicken 14 ausgebildet, die den Flansch 10 in dem Schraubbereich 11 zusätzlich versteifen. Die beiden Materiallagen 13a und 13b liegen innerhalb der Sicken 14 aneinander und sind miteinander verlötet. Innerhalb der Sicken 14 sind zudem Öffnungen 15 in der zweiten Materiallage 13b ausgeformt, durch die ein Flussmittels zum Verlöten der beiden Materiallagen 13a und 13b besonders einfach appliziert werden kann. Die Schrauböffnungen 12 gehen dagegen zweckgemäß durch die beiden Materiallagen 13a und 13b hindurch.
4 zeigt eine Schnittansicht des Wärmeübertragers 1 mit dem Flansch 10 in der ersten Ausführungsform. Hier ist besonders gut erkennbar, dass die beiden Materiallagen 13a und 13b innerhalb der Sicke 14 aneinander anliegen und miteinander verlötet sind. Ferner ist auch eine umlaufende Aufnahmekontur 16 erkennbar, die in dem Flansch 10 für den Rohrblock 2 geformt ist. Der Rohrblock 2 ist dann in der Aufnahmekontur 16 um den Auslass 5b herum fluiddicht aufgenommen und mit dem Flansch 10 verlötet oder verschweißt.
5 zeigt eine weitere Schnittansicht des Wärmeübertragers 1 mit dem Flansch 10 in der ersten Ausführungsform. Wie oben bereits erläutert, weist der Rohrblock mehrere Flachrohre 7 auf, die die zweiten Mediumkanäle 4 für das kühlende Medium - hier Kühlwasser - bilden. In den zwischen den Flachrohren 7 gebildeten Zwischenräumen 8 sind dann die ersten Mediumkanäle 3 für das zu kühlende Medium - hier Ladeluft - gebildet.
6 zeigt eine Ansicht und 7 zeigt eine Explosionsansicht des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers 1 mit dem Flansch 10 in einer zweiten Ausführungsform. Der Flansch 10 ist auch in der zweiten Ausführungsform zweilagig ausgebildet, wobei hier die erste Materiallage 13a durch das Material des Flanschs 10 und die zweite Materiallage 13b durch einen zweiteiligen Rahmen 17 aus Stahlblech geformt ist. Die zweite Materiallage 13b bzw. der Rahmen 17 ist mit der ersten Materiallage 13b verlötet.
In 8 ist eine Schnittansicht des Wärmeübertragers 1 mit dem Flansch in der zweiten Ausführungsform gezeigt. Die zweite Materiallage 13b bzw. der Rahmen 17 liegt an der ersten Materiallage 13a mit seiner gesamten Fläche an, so dass hier die beiden Materiallagen 13a und 13b über die gesamte Fläche der zweiten Materiallage 13b bzw. des Rahmens 17 miteinander verlötet sind.

Claims

Wärmeübertrager (1) für ein Kraftfahrzeug, - wobei der Wärmeübertrager (1) einen Rohrblock (2) aufweist, der mehrere erste Mediumkanäle (3) und mehrere zweite Mediumkanäle (4) aufweist, - wobei die ersten Mediumkanäle (3) von einem Einlass (5a) des Rohrblocks (2) zu einem Auslass (5b) des Rohrblocks (2) von einem zu kühlenden Medium und die zweiten Mediumkanäle (4) von einem kühlenden Medium durchströmbar sind, - wobei der Wärmeübertrager (1) einen Flansch (10) aufweist, in dem der Rohrblock (2) um den Auslass (5b) herum fluiddicht aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (5b) plattenartig ist und einen umlaufenden Schraubbereich (11) aufweist, der um den Rohrblock (2) herum geformt und quer zur Strömungsrichtung (SR) des zu kühlenden Mediums nach außen gerichtet ist.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (10) in dem Schraubbereich (11) zweilagig ausgebildet ist, wobei eine erste Materiallage (13a) durch das Material des Flanschs (10) und eine zweite Materiallage (13b) durch einen separaten plattenartigen Rahmen (17) gebildet ist.
Wärmeübertrager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der plattenartige Rahmen (17) aus Blech, vorzugsweise aus Stahlblech, geformt ist.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (10) in dem Schraubbereich (11) zweilagig ausgebildet ist, wobei eine erste Materiallage (13a) aus dem Material des Flanschs (10) und eine zweite Materiallage (13b) durch eine Faltung der ersten Materiallage (13a) um 180° gebildet sind.
Wärmeübertrager nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Materiallage (13a) und die zweite Materiallage (13b) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Wärmeübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Materiallage (13a) und die zweite Materiallage (13b) miteinander verlötet sind.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schraubbereich (11) mehrere Sicken (14) zum Versteifen des Schraubbereichs (11) ausgeformt sind.
Wärmeübertrager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Sicken (14) in der ersten Materiallage (13a) oder in der zweiten Materiallage (13b) Öffnungen (15) zum Applizieren eines Flussmittels zwischen den beiden Materiallagen (13a, 13b) geformt sind.
Wärmeübertrager nach einem Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (10) aus Blech, vorzugsweise aus Aluminiumblech, geformt ist.
Wärmeübertrager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech eine Dicke zwischen 1,5 mm und 2,5 mm aufweist.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Flansch (10) außerhalb des Schraubbereichs (11) eine umlaufende Aufnahmekontur (16) geformt ist, in der der Rohrblock (2) in Strömungsrichtung (SR) des zu kühlenden Mediums aufgenommen und mit dem Flansch (10) stoffschlüssig verbunden ist.