DE102021130297A1

DE102021130297A1 - Wärmetauscher für ein Thermomanagementsystem eines Kraftfahrzeugs, sowie eine Wärmetauscher-Einheit für ein Thermomanagementsystem eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102021130297A1
Application number: DE102021130297.8A
Authority: DE
Inventors: Klaus Schneider
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2021-11-19
Filing date: 2021-11-19
Publication date: 2023-05-25

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher (1) für ein
Thermomanagementsystem (2) eines Kraftfahrzeugs (3), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- einen Wärmetauschkörper (4) mit zumindest einer Leitung für ein Temperierfluid;
- einen Eingangsanschluss (5) für die zumindest eine Leitung;
- einen Ausgangsanschluss (6) für die zumindest eine Leitung;
- einen Rahmen (7) zum Halten und/oder Fixieren des Wärmetauschkörpers (4) in einer Einbausituation, wobei der Rahmen (7), der Eingangsanschluss (5) und der Ausgangsanschluss (6) zu dem Wärmetauschkörper (4) fixiert sind,
wobei der Rahmen (7) eine Erhebung (8) mit Erstreckung weg von dem Wärmetauschkörper (4) aufweist. Der Wärmetauscher (1) ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung (8) kreissegmentförmig ist.
Mit dem hier vorgeschlagenen Wärmetauscher ist ein erhöhter Wirkungsgrad eines Thermomanagementsystems in einem Kraftfahrzeug erzielbar.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für ein Thermomanagementsystem eines Kraftfahrzeugs, eine Wärmetauscher-Einheit für ein Thermomanagementsystem eines Kraftfahrzeugs, sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Wärmetauscher-Einheit.
Bei der Verbrennung innerhalb einer Verbrennungskraftmaschine entsteht Abwärme, für welche ein Wärmetauscher zu deren Abtransport eingesetzt ist. In dem Wärmetauscher erfolgt, mittels (erzwungener) Konvektion, eine Abgabe einer Wärmemenge über ein vermittelndes Temperierfluid an die Außenluft, sodass die Temperatur und damit die Verbrennungskraftmaschine gekühlt wird. Im Einsatz bei Kraftfahrzeugen treten Situationen (beispielsweise im Stop-and-Go-Verkehr oder im Stand) auf, in denen kein oder ein unzureichender Luftstrom durch den Wärmetauscher strömt, sodass nur eine unzureichende (erzwungene) Konvektion am Wärmetauscher eintritt und somit die Kühlung der Verbrennungskraftmaschine (bei einem Kraftfahrzeug eine Antriebsmaschine) unzureichend ist. Daher ist in konventionellen Wärmetauschern bei Kraftfahrzeugen zusätzlich ein Lüftermodul vorgesehen, sodass eine aktive Lüftung des Wärmetauschers darstellbar ist.
Konventionelle Lüftermodule weisen in der Regel aufgrund des Propellers eine kreisrunde Geometrie auf, wobei konventionelle Wärmetauscher eine rechteckige Geometrie aufweisen. Um eine ausreichende aktive Belüftung sicherzustellen, sind große oder eine Vielzahl von Lüftern eingesetzt.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für ein Thermomanagementsystem eines Kraftfahrzeugs, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:

- einen Wärmetauschkörper mit zumindest einer Leitung für ein Temperierfluid;
- einen Eingangsanschluss für die zumindest eine Leitung;
- einen Ausgangsanschluss für die zumindest eine Leitung;
- einen Rahmen zum Halten und/oder Fixieren des Wärmetauschkörpers in einer Einbausituation,

Der Wärmetauscher ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung kreissegmentförmig ist.
Es wird im Folgenden auf die genannte Rotationsachse Bezug genommen, wenn ohne explizit anderen Hinweis die axiale Richtung, radiale Richtung oder die Umlaufrichtung und entsprechende Begriffe verwendet werden. In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss.
Das Thermomanagementsystem eines Kraftfahrzeugs ist derart eingerichtet, dass die Kühlung der wärmeerzeugenden Komponenten, beispielsweise eine Antriebsmaschine (beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine in einem Kraftfahrzeug), eine Traktionsbatterie und/oder ein Getriebe sichergestellt ist. Dabei umfasst das Thermomanagementsystem neben anderen Komponenten (beispielsweise eine Pumpe beziehungsweise ein Verdichter, eine Mehrzahl von Sensoren und/oder Ventilen) zumindest einen Wärmetauscher, wobei ein umfasster Wärmetauschkörper zum Ausführen einer konvektiven Wärmeübertragung eingerichtet ist. Der Wärmetauscher ist beispielsweise in einem vorderen Teil des Kraftfahrzeugs angeordnet, sodass der Fahrtwind den Wärmetauschkörper erreicht. Alternativ oder zusätzlich ist ein Wärmetauscher über zumindest einen seitlichen und/oder am Heck angeordneten Lufteinlass mit Umgebungsluft versorgt, wobei der Wärmetauscher bevorzugt in unmittelbarer Nähe zu dem jeweiligen Lufteinlass im Strömungspfad angeordnet ist.
Der Wärmetauschkörper ist zum Wärmetauschen eingerichtet, wobei in zumindest einer Leitung ein Temperierfluid (beispielsweise eine ÖI-Wasser-Emulsion) als Transportmedium gefördert wird. Der Wärmetauschkörper ist dabei derart ausgeführt, dass dessen Leitung eine möglichst große Oberfläche zum Beströmen mit Umgebungsluft aufweist. Beispielsweise umfasst die zumindest eine Leitung eine Vielzahl von Windungen und/oder Lamellen, welche derart angeordnet sind, dass ein Luftstrom hin durchleitbar ist. Es sei darauf hingewiesen, dass im eingebauten Zustand des Wärmetauschers ein Lüftermodul, bevorzugt dem Wärmetauschkörper unmittelbar benachbart, angeordnet ist. Das Lüftermodul ist derart ausgeführt, dass bei einer unzureichenden Durchströmung des Wärmetauschkörpers (beispielsweise wenn der das Kraftfahrzeug steht) ausreichende Durchströmung sichergestellt ist. Dieses Lüftermodul ist kein baueinheitlicher Bestandteil des Wärmetauschers. Das Lüftermodul umfasst einen Propeller, welcher um eine Rotationsachse rotierbar gelagert ist. Der Propeller ist je nach Anordnung des Lüftermoduls zum Saugen oder Blasen, also zum Fördern von Luft und damit zum Erzeugen einer Luftströmung für eine erzwungene Konvektion über dem Wärmetauschkörper eingerichtet. Meist ist der Propeller von einem Umlaufring umlaufend umgeben. Das Lüftermodul ist in einer Ausführungsform in Strömungsrichtung vor dem Wärmetauschkörper angeordnet. In einer alternativen Ausführungsform ist das Lüftermodul in Strömungsrichtung hinter dem Wärmetauschkörper angeordnet. Der Propeller ist von einem geeigneten Rotationsantrieb um die Rotationsachse in Rotation versetzbar, womit ein gewünschter Luftvolumenstrom erzeugbar ist.
Vorteilhaft ist, wenn ein solcher Propeller einen möglichst großen Durchmesser aufweist, womit eine große Anströmfläche für den Wärmetauschkörper, sowie (im Vergleich zu einem kleineren Propeller bei gleichem Luftvolumenstrom) eine langsamere Drehzahl und damit unter anderem eine geringere Geräuschemission erzielbar sind. Im Vergleich zu einer Mehrzahl von (kleineren) Propellern ist zudem ein größerer Wirkungsgrad nicht nur hinsichtlich des Rotationsantriebs, sondern auch eine größere beströmte Fläche des Wärmetauschkörpers erzielbar.
Das Lüftermodul weist dabei eine derartige Erstreckung auf, dass dieses über die Erstreckung des Wärmetauschkörpers und (je nach Ausführungsform abgesehen von der Erhebung) über den Rahmen hinausragt. Dabei ist von zumindest einer der Außenkanten des rechteckigen Wärmetauschkörpers beziehungsweise der rechteckigen Grundform des Rahmens eine Sekante zu dem Ring des Lüftermoduls, bevorzugt zu dem Umlaufkreis des Propellers gebildet. Es ragt somit zumindest ein Kreissegment des Lüftermoduls, bevorzugt des Propellers beziehungsweise des Umlaufkreises des Propellers, über den Wärmetauschkörper hinaus.
Für ein Einleiten beziehungsweise Ausleiten des Temperierfluids in die zumindest eine Leitung, umfasst der Wärmetauscher einen entsprechenden Eingangsanschluss und Ausgangsanschluss für die zumindest eine Leitung. Der Eingangsanschluss ist dabei derart ausgeführt, dass das Temperierfluid mit einer hohen Temperatur aus der Antriebsmaschine in den Wärmetauscher einleitbar ist. Der Ausgangsanschluss ist dabei derart ausgeführt, dass das Temperierfluid mit einer verringerten Temperatur im Vergleich zu dem eingeleiteten Temperierfluid aus dem Wärmetauscher in die Antriebsmaschine ausleitbar ist, sodass eine Wärmemenge mittels des Temperierfluids aus der Antriebsmaschine wegtransportierbar ist.
Aufgrund der Anordnung des Wärmetauschers in einem Kraftfahrzeug, wirken auf den Wärmetauscher Kräfte (unter anderem aufgrund des Fahrtwinds aerodynamische und aufgrund der Fahrtbewegung rüttelnde) Kräfte ein. Dafür und/oder für die Handhabbarkeit bei der Montage und Wartung umfasst der Wärmetauscher einen Rahmen, welcher zum Halten und/oder Fixieren des Wärmetauschkörpers eingerichtet ist. Dabei ist der Rahmen als eine Aufnahme ausgeführt, innerhalb wessen der Wärmetauschkörper beziehungsweise dessen zumindest eine Leitung aufgenommen ist. In einer Ausführungsform ist der Wärmetauschkörper in dem Rahmen lediglich gehalten, sodass der Wärmetauscher mittels des Rahmens eine handhabbare Baueinheit bildet. In einer Ausführungsform ist alternativ oder zusätzlich von dem Rahmen eine Anbindung zu der Einbausituation in dem Kraftfahrzeug gebildet. Der Rahmen ist bevorzugt umlaufend geschlossen gebildet. In einer Ausführungsform umfasst der Rahmen eine Mehrzahl von einzelnen Komponenten. Beispielsweise umfasst der Rahmen zumindest ein (bevorzugt ein einziges einstückiges) Oberteil und/oder Unterteil, sowie ein erstes Seitenteil und ein zweites Seitenteil, wobei die Seitenteile eine seitliche und/oder horizontale Begrenzung des Rahmens darstellen. Bevorzugt sind die Seitenteile im eingebauten Zustand bezogen auf die Fahrzeug-Raumachsen links und rechts angeordnet. Zumindest eines der Seitenteile ist beispielsweise als Gussteil ausgeführt. Bevorzugt ist von einem Seitenteil ein Eingangsanschluss beziehungsweise Ausgangsanschluss umfasst.
Der Rahmen ist also derart ausgeführt, dass mittels des Rahmens der Eingangsanschluss und der Ausgangsanschluss zu dem Wärmetauschkörper ausgerichtet und zueinander fixiert, also gehalten sind, wobei weiterhin mittels des Rahmens der Wärmetauscher in einer Einbausituation in einem Kraftfahrzeug fixierbar ist. In dieser bevorzugten Ausführungsform ist der Wärmetauscher somit als eine vorgefertigte Baugruppe in das Kraftfahrzeug einsetzbar beziehungsweise als Baueinheit austauschbar, wobei das Einsetzen beziehungsweise Austauschen mit einem geringen Zeitaufwand ausführbar ist. In einer anderen Ausführungsform ist der Rahmen nicht zum baueinheitlichen Halten der Komponenten des Wärmetauschers eingerichtet, sondern der Rahmen wird erst beim Montieren in der Einbausituation und nach dem Einsetzen des Wärmetauschkörpers (beispielsweise zwischen den Seitenteilen) geschlossen.
Weiterhin ist der Rahmen derart ausgeführt, dass dieser eine kreissegmentförmige Erhebung aufweist, wobei diese kreissegmentförmige Erhebung sich weg von dem Wärmetauschkörper erstreckend ausgeführt ist. Ein Kreissegment ist derjenige Abschnitt eines Kreises, welcher zwischen der Umfangslinie (Bogenlinie) und einer Sekante liegt. Die Bogenlinie der Erhebung ist nicht zwangsläufig kreisrund und nicht zwangsläufig ein vollständiges Kreissegment. Beispielsweise sind (beispielsweise für eine vereinfachte Fertigbarkeit) die spitzen Ecken des Kreissegments entfernt und ein Winkel abweichend von einer Tangente, bevorzugt ein unstetiger Knick, zwischen der Bogenlinie und der Verbindung zu dem übrigen Rahmen gebildet. Die Bogenlinie ist bevorzugt angepasst an die Geometrie des eingesetzten Lüftermoduls. Beispielsweise verläuft die Bogenlinie parallel zu der Geometrie des Lüftermoduls. Bevorzugt ragt die Erhebung vollständig oder zumindest bei ihrer maximalen Erstreckung weg von dem Wärmetauschkörper nicht über die Geometrie des Lüftermoduls hinaus, also bis oder bis kurz vor der maximalen Erstreckung der Geometrie des Lüftermoduls.
Die kreissegmentförmige Erhebung ist dabei derart ausgeführt, dass von dieser das Kreissegment des Lüftermoduls in axialer Richtung zumindest zu einem Großteil (beispielsweise zu 80 % [achtzig Prozent], bevorzugt 90 %, besonders bevorzugt mindestens 95 %), bevorzugt vollständig, verdeckt ist. Die Verdeckung ist zumindest so groß, dass ein Strömungswiderstand bei dem Kreissegment in der Größenordnung, bevorzugt gleich groß oder größer, ist, welche auch von dem Wärmetauschkörper vorliegt. Alternativ ist das Kreissegment von der Erhebung verschlossen, also nicht durchströmbar. Es sei darauf hingewiesen, dass die axiale Richtung eine Richtung parallel zu der Rotationsachse des Propellers und/oder einer Hauptströmungsrichtung des Strömungspfads der erzwungenen Konvektion ist. Das Kreissegment stellt dabei ein Strömungshindernis in axialer Richtung dar, sodass ein eventuell auftretender Bypassstrom oder ein Ansaugen von Umgebungsluft an dem Wärmetauschkörper vorbei deutlich vermindert oder gegebenenfalls (nahezu) vollständig unterbindbar ist. Das Lüftermodul fördert (also saugt beziehungsweise bläst) in dem Bereich der verdeckenden (kreissegmentförmigen) Erhebung keine oder nur eine minimale Menge an Luft, sodass zum einen ein (einziger) Propeller mit einem sehr großen Durchmesser und zugleich kein übermäßiger Bypassstrom (aufgrund eines deutlich geringeren Strömungswiderstands beim unverdeckten überlappenden Kreissegment) der Wirkungsgrad des Wärmetauschers verhindert ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Rotationsachse des Propellers nicht zwangsläufig mittig zu dem Wärmetauschkörper beziehungsweise zu dem Rahmen des Wärmetauschers angeordnet ist. Damit ist in einer Ausführungsform lediglich an einer Stelle ein Überstand oder unterschiedlich große Überstände gebildet. Die Form und Anzahl der verdeckenden Erhebung(en) ist somit daran angepasst. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Propeller und/oder der Umlaufring des Lüftermoduls zumindest vertikal mittig angeordnet, wobei einzig in vertikaler Richtung (bezogen auf die Einbausituation in einem Kraftfahrzeug) oben und unten ein jeweils identischer Überstand (Kreissegment) gebildet ist.
In einer Ausführungsform ist die verdeckende Erhebung aus einem metallischen und/oder organischen Blech und/oder aus gegossenem Kunststoff gebildet.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Wärmetauscher-Einheit für ein Thermomanagementsystem eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:

- ein Lüftermodul mit einem um eine Rotationsachse rotierbaren Propeller;
- einen Wärmetauschkörper mit zumindest einer Leitung für ein Temperierfluid;
- einen Eingangsanschluss für die zumindest eine Leitung;
- einen Ausgangsanschluss für die zumindest eine Leitung;
- einen Rahmen zum Halten und/oder Fixieren des Wärmetauschkörpers in einer Einbausituation,

Die Wärmetauscher-Einheit ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass das Lüftermodul mit einem Kreissegment radial über den Wärmetauschkörper hinausragt, und
wobei das Kreissegment von der Erhebung des Rahmens zumindest zu einem Großteil in axialer Richtung verdeckt ist.
Es wird weitestgehend auf die zuvor beschriebene Ausführungsform des Wärmetauschers verwiesen, wobei die Form der Erhebung hierbei nur insoweit erheblich ist, dass damit das über die Abmessungen des Wärmetauschkörpers (und des Rahmens) hinausragende Kreissegment des (hierbei umfassten) Lüftermoduls von der Erhebung zu einem Großteil verdeckt ist. Die Form der Erhebung ist dafür zwar bevorzugt kreissegmentförmig wie oben bereits erläutert. Allerdings ist auch eine rechteckige oder beliebige andere Form denkbar. Es sei darauf hingewiesen, dass bei der Wärmetauscher-Einheit von dem Wärmetauschkörper mit der zumindest einen Leitung, dem Eingangsanschluss, dem Ausgangsanschluss und dem Rahmen gemeinsam ein Wärmetauscher gebildet, beispielsweise wie vorhergehend beschrieben. Weiterhin sei der Vollständigkeit halber darauf hingewiesen, dass auch ein Wärmetauscher (also eine Wärmetauscher-Einheit ohne Lüftermodul) wie oben beschrieben allein mit einer Erhebung mit einer rechteckigen oder beliebigen anderen Form ausführbar ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind von dem Wärmetauscher und dem Lüftermodul der hier beschriebenen Wärmetauscher-Einheit eine vormontierte Baueinheit gebildet, welche in einem Kraftfahrzeug beziehungsweise als Bestandteil von dessen Thermomanagementsystem montierbar ist.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Wärmetauscher-Einheit vorgeschlagen, dass wobei die Erhebung des Rahmens korrespondierend zu dem Kreissegment des Lüftermoduls kreissegmentförmig gebildet ist,
wobei das Kreissegment von der kreissegmentförmigen Erhebung des Rahmens zumindest zu einem Großteil, bevorzugt vollständig, in axialer Richtung verdeckt ist.
Um im Betrieb des Kraftfahrzeugs in jeder Betriebssituation eine ausreichende Kühlung der Antriebsmaschine sicherzustellen, ist hier ein baueinheitlich (bevorzugt von dem Rahmen gehaltenes) Lüftermodul vorgeschlagen. Das Lüftermodul ist wie oben beschrieben ausgeführt.
Zu der Form und dem Verhältnis zwischen dem Lüftermodul und dem Wärmetauscher wird auf die vorhergehende Beschreibung betreffend das Kreissegment verwiesen.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Wärmetauscher-Einheit vorgeschlagen, dass der Rahmen ein Blechelement umfasst, von welchem die Erhebung gebildet ist,
wobei bevorzugt das Blechelement eine kraftübertragende Komponente des Rahmens ist.
Der Rahmen ist zur Aufnahme des Wärmetauschkörpers eingerichtet, sodass dieser die auf den Wärmetauschkörper einwirkenden Kräfte kompensiert und/oder kraftübertragend weiterleitet. Das Blechelement des Rahmens ist bevorzugt, nach dem Einsetzen des Wärmetauschkörpers in den Rahmen, zum Abschließen des Rahmens beziehungsweise zum Stabilisieren des Wärmetauschkörpers eingerichtet. Die verdeckende (gegebenenfalls kreissegmentförmige) Erhebung ist hierbei von dem Blechelement gebildet. Dabei ist das Blechelement beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff wie Stahl oder Aluminium ausgeformt. Alternativ ist das Blechelement aus einem sogenannten Organoblech gebildet. Organobleche sind Faserverbundwerkstoffe, welche meist aus einem Fasergewebe oder einem Fasergelege gebildet sind und welche in einer thermoplastischen Kunststoffmatrix eingebettet sind. Dabei sind meist Glas und/oder Kohlenstofffasern als Fasergewebe und/oder Fasergelege verwendet. Bevorzugt ist das Blechelement aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt.
In einer Ausführungsform ist das Blechelement mit der Erhebung frei einer kraftübertragenden Aufgabe innerhalb des Rahmens ausgeführt, sondern ein anderes Element (beispielsweise ebenfalls aus Blech) dient als kraftübertragende Komponente des Rahmens. In einer Ausführungsform ist mittels des Blechelements (zudem oder einzig) ein Schutz gegen Verschmutzung für den Wärmetauschkörper realisiert. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Blechelement derart ausgeführt, dass mittels des Blechelements eine kraftübertragende Komponente des Rahmens darstellbar ist. Aufgrund der Positionierung des Wärmetauschkörpers ist dieser gegenüber von Windkräften und Rüttelkräften anfällig, sodass es vorteilhaft ist, mittels des Rahmens diese Kräfte zu kompensieren. Das Blechelement ist daher in dieser Ausführungsform als eine kraftübertragende Komponente des Rahmens ausgeführt. In einer Ausführungsform übernimmt die (verdeckende) Erhebung zugleich eine versteifende Aufgabe für das Blechelement.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Wärmetauscher-Einheit vorgeschlagen, dass die Erhebung von dem Blechelement als umgeformte Lasche ausgebildet ist,
bevorzugt als vergrößerte Erstreckung einer Versteifungskomponente des Blechelements.
Das Blechelement ist derart ausgeführt, dass die verdeckende Erhebung fest mit dem Blechelement verbunden ist, bevorzugt einstückig, besonders bevorzugt (ohne Trennvorgang) aus einem gemeinsamen Rohelement, also einteilig, gebildet ist. Dabei ist die verdeckende Erhebung des Blechelements als eine umgeformte Lasche ausgebildet, sodass die Lasche quer zu der Erstreckung des Blechelements, weg von dem Wärmetauschkörper, angeordnet ist. Mittels der Lasche, welche als eine Komponente des Rahmens ausgebildet ist, ist eine Verdeckung des Überstands des Lüftermoduls darstellbar und somit (wie oben beschrieben) ein eventuell auftretender Bypassstrom an dem Wärmetauschkörper vorbei verringerbar, beispielsweise technisch (also in ausreichender Näherung vollständig) unterbindbar.
Bevorzugt ist die Lasche dabei als eine Versteifungskomponente ausgeführt, sodass mittels der vergrößerten Erstreckung des Blechelements eine erhöhte Steifigkeit des Blechelements und damit auch des Rahmens darstellbar ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, aufweisend zumindest eine Antriebsmaschine, zumindest ein von der Antriebsmaschine zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs antreibbares Vortriebsrad und ein Thermomanagementsystem mit zumindest einem Wärmetauscher nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, bevorzugt zum Temperieren zumindest der Antriebsmaschine.
Der Bauraum ist gerade bei Kraftfahrzeugen aufgrund der zunehmenden Anzahl von Komponenten besonders gering und es ist daher besonders vorteilhaft, einen Wärmetauscher beziehungsweise eine Wärmetauscher-Einheit wie oben beschrieben in einer möglichst kleinen Baugröße zu verwenden. Mit dem gewünschten sogenannten Downsizing der Antriebsmaschine bei einer gleichzeitigen Verringerung der Betriebsdrehzahlen wird die Abwärme im Vergleich zur vorhandenen Masse erhöht, sodass ein geeignetes Thermomanagementsystem für die Antriebsmaschine benötigt ist. Das Thermomanagementsystem ist dann mittels des Wärmetauschers zum Temperieren der zumindest einen Antriebsmaschine eingerichtet.
Verschärft wird diese Problematik bei Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse nach europäischer Klassifizierung. Die verwendeten Aggregate in einem Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse sind gegenüber Personenkraftwagen größerer Wagenklassen nicht wesentlich verkleinert. Dennoch ist der zur Verfügung stehende Bauraum bei Kleinwagen wesentlich kleiner. Daraus ergibt sich die Anforderung eines möglichst effizienten Wärmetauschers in der Kleinwagenklasse. Weiterhin ist mit der zunehmenden Elektrifizierung und damit Einführung großer beziehungsweise leistungsstarker Batterien bis hin zu Traktionsbatterien eine präzise Temperaturführung notwendig, um die Batterie stets möglichst in einem engen optimalen Temperaturfenster eingeregelt betreiben zu können. Zudem sollen periphere Verbraucher, wie ein Thermomanagementsystem möglichst verbrauchsarm, also elektrisch effizient betreibbar sein.
Bei dem hier vorgeschlagenen Kraftfahrzeug, dessen Antriebsstrang das oben beschriebene Thermomanagementsystem mit zumindest einem Wärmetauscher umfasst, ist bei geringer zusätzlicher Bauraumforderung (und gegebenenfalls unter Nutzung von vorhandenem Bauraum) eine erhöhte Kühlleistung und/oder ein erhöhter Kühlleistungswirkungsgrad innerhalb der Verbrennungskraftmaschine erzielbar.
Personenkraftwagen werden einer Fahrzeugklasse nach beispielsweise Größe, Preis, Gewicht und Leistung zugeordnet, wobei diese Definition einem steten Wandel nach den Bedürfnissen des Marktes unterliegt. Im US-Markt werden Fahrzeuge der Klasse Kleinwagen und Kleinstwagen nach europäischer Klassifizierung der Klasse der Subcompact Car zugeordnet und im Britischen Markt entsprechen sie der Klasse Supermini beziehungsweise der Klasse City Car. Beispiele der Kleinstwagenklasse sind ein Volkswagen up! oder ein Renault Twingo. Beispiele der Kleinwagenklasse sind ein Audi A1, Volkswagen Polo, Opel Corsa oder Renault Clio. Bekannte HybridFahrzeuge sind BMW 330e oder der Toyota Yaris Hybrid. Als Mild-Hybride bekannt sind beispielsweise ein Audi A6 50 TFSI e oder ein BMW X2 xDrive25e.
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in

1 eine Wärmetauscher-Einheit in einer Hinteransicht;
2 der Wärmetauscher nach 1 mit zwei kreissegmentförmigen Erhebungen in einer Hinteransicht;
3 eine Wärmetauscher-Einheit in einer perspektivischen Ansicht; und
4 ein Kraftfahrzeug mit einem Thermomanagementsystem.

In 1 ist eine Wärmetauscher-Einheit 9 mit einem Wärmetauscher 1 und mit einem Lüftermodul 10 in einer Hinteransicht gezeigt. Der Wärmetauscher 1 umfasst einen Wärmetauschkörper 4, welcher zum Wärmeübertragen an die Umgebung eingerichtet ist. Dazu ist zumindest eine, beispielsweise mäandernde, Leitung (hier nicht dargestellt) zum Leiten eines Temperierfluids eingerichtet. Das Temperierfluid wird zwischen beispielsweise einer Antriebsmaschine 17 (meist Wärmequelle) und/oder einer Traktionsbatterie (auch unter Umständen im Betrieb unterkühlt) und dem Wärmetauscher 1 (meist Wärmesenke) zirkuliert. In dem Wärmetauschkörper 4 wird das Temperierfluid mittels erzwungener Konvektion temperiert (meist abgekühlt) und somit die Antriebsmaschine 17 temperiert (meist gekühlt). Dies ist beispielhaft in 4 gezeigt.
Der Wärmetauschkörper 4 ist innerhalb eines Rahmens 7 angeordnet, wobei der Rahmen 7 von einem ersten Seitenteil 20 und einem zweiten Seitenteil 21, sowie von hier (rein optional zwei und zudem identischen) Blechelementen 14 begrenzt ist. Der Rahmen 7 fixiert in diesem Ausführungsbeispiel einen Eingangsanschluss 5 und einen Ausgangsanschluss 6 zu dem Wärmetauschkörper 4, wobei beide Anschlüsse zum Einleiten beziehungsweise Ausleiten des Temperierfluids in den beziehungsweise aus dem Wärmetauschkörper 4 eingerichtet sind. Es sei darauf hingewiesen, dass hier zwei (zudem separat gebildete) Komponenten als Eingangsanschluss 5 und Ausgangsanschluss 6 bezeichnet sind. Alternativ sind damit die Öffnungen der Seitenteile 20,21 gemeint, welche hier von diesen als Eingangsanschluss 5 beziehungsweise als Ausgangsanschluss 6 bezeichneten Bauteilen verdeckt sind. Welcher der beiden Anschlüsse den Eingang beziehungsweise den Ausgang bildet oder ob beide einen Eingang und einen Ausgang umfassen, ist für diese Betrachtung unerheblich und gemäß den individuellen Anforderungen fachmännisch auszulegen. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Rahmen 7 darstellungsgemäß oben und unten von einem Blechelement 14 abgeschlossen, sodass von dem Rahmen 7 im Betrieb die an dem Wärmetauschkörper 4 auftretenden (Wind- und Rüttel-) Kräfte kompensiert sind.
Die Wärmetauscher-Einheit 9 umfasst weiterhin das Lüftermodul 10. Das Lüftermodul 10 umfasst einen Propeller 12, welcher um eine Rotationsachse 11 rotierbar gelagert ist. Die Rotationsachse 11 ist hier (rein optional) vertikal (und hier auch horizontal) mittig angeordnet. Der Propeller 12 ist umlaufend von einem Umlaufring 22 begrenzt. Der Umlaufring 22 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Blech gefertigt. Der Propeller 12 ist zum Fördern von Umgebungsluft mittels eines geeigneten elektrischen Rotationsantriebs 23 in Rotation versetzbar. Das Lüftermodul 10 ist derart ausgeführt, dass das Lüftermodul 10 den Wärmetauschkörper 4 darstellungsgemäß oben und unten überragt.
In 2 ist der Wärmetauscher 1 nach 1 mit zwei kreissegmentförmigen Erhebungen 8 in einer Hinteransicht gezeigt. Das hier gezeigte Ausführungsbeispiel ist ohne Ausschluss der Allgemeinheit rein der Übersichtlichkeit halber weitestgehend mit der in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel identisch, sodass insoweit auf die dortige Beschreibung verwiesen wird.
Hier ist das Lüftermodul 10 der Wärmetauscher-Einheit 9 nicht dargestellt. Hierdurch ist die Sicht auf die Blechelemente 14 frei und die jeweilige kreissegmentförmige Erhebung 8 ist zu erkennen. In diesem Ausführungsbeispiel ist die kreissegmentförmige Erhebung 8 einstückig, bevorzugt als einteilig gebildete Lasche 15, mit dem jeweiligen Blechelement 14 verbunden. Dabei weist die kreissegmentförmige Erhebung 8 eine derartige Erstreckung weg von dem Wärmetauschkörper 4 auf, dass der kreissegmentförmige Überstand (Kreissegment 13) des Lüftermoduls 10 (vergleiche dazu 3) damit verdeckt ist. Die Lasche 15 ist hier bevorzugt derart ausgeführt, dass sie eine Versteifungskomponente 16 des Blechelements 14 darstellt beziehungsweise die verdeckende Erhebung 8 ein Teil einer Lasche 15 ist, von welcher eine Versteifungskomponente 16 gebildet ist. Mittels der Lasche 15 (und gegebenenfalls mittels des kreissegmentförmigen Abschnitts, von welchem die verdeckende Erhebung 8 gebildet ist) ist eine erhöhte Steifigkeit des Rahmens 7 in der Einbausituation darstellbar, sowie eine Abdeckung des Lüftermoduls 10 im Bereich des Überstands (Kreissegment 13).
In 3 ist eine Wärmetauscher-Einheit 9, beispielsweise nach 1, in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Das gezeigte Ausführungsbeispiel ist ohne Ausschluss der Allgemeinheit rein der Übersichtlichkeit halber weitestgehend mit der in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel identisch, sodass insoweit auf die dortige Beschreibung verwiesen wird. Alternativ ist die hier hauptsächlich verdeckte Querstrebe 24 anders ausgeführt als das sichtbare Blechelement 14, welches die verdeckende Erhebung 8 umfasst.
Der Rahmen 7 umfasst hier das erste Seitenteil 20 und zweite Seitenteil 21, sowie darstellungsgemäß ein oder zwei Blechelemente 14 (und gegebenenfalls unten eine Querstrebe 24), welche hier oben und unten (dort verdeckt) angeordnet sind. Das Lüftermodul 10 ist wie in 1 darstellungsgemäß hinter dem Wärmetauschkörper 4 angeordnet und daher größtenteils verdeckt. Der Umlaufring 22 des Lüftermoduls 10 weist einen klar erkennbaren Überstand zum Wärmetauschkörper 4 auf, von welchem ein überstehendes Kreissegment 13 gebildet ist. Die verdeckende Erhebung 8 ist kreissegmentförmig ausgeführt, sodass material-effizient das überstehende Kreissegment 13 des Lüftermoduls 10 abgedeckt und im Bereich des Überstands der Strömungswiderstand in geeigneter Weise erhöht ist.
In 4 ist ein Kraftfahrzeug 3 mit einem Thermomanagementsystem 2 gezeigt. Das Kraftfahrzeug 3 umfasst eine Antriebsmaschine 17, welche mit einem Getriebe 25 drehmomentübertragend verbunden ist und entlang einer Motorachse 26 angeordnet ist. Dabei erzeugt die Antriebsmaschine 17 mittels eines Verbrennungsprozesses ein Drehmoment, welches zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs 3 verwendbar ist. Die Antriebsmaschine 17 ist mittels des Getriebes 25 zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs 3 mittels Antreiben eines linken Vortriebsrads 18 und eines rechten Vortriebsrads 19 eingerichtet.
Aufgrund des Verbrennungsprozesses produziert die Antriebsmaschine 17 Abwärme. Diese Abwärme ist mittels des Thermomanagementsystems 2 abzuführen. Dabei umfasst das Thermomanagementsystem 2 eine Wärmetauscher-Einheit 9 mit zumindest einem Wärmetauscher 1 und zumindest einem Lüftermodul 10, wobei der zumindest eine Wärmetauscher 1 mittels der hinführenden und rückführenden Temperiermittel-Leitungen 27 mit der Antriebsmaschine 17 verbunden ist. Die Temperiermittel-Leitungen 27 sind zum Fördern des Temperierfluids für die zumindest eine Leitung des Wärmetauschkörpers 4 eingerichtet, sodass die Abwärme von der Antriebsmaschine 17 hin zu dem und über den Eingangsanschluss 5 hinein in den Wärmetauscher 1 beziehungsweise dessen zumindest eine Leitung transportierbar ist. Die zum Transportieren meist notwendige Pumpe beziehungsweise Verdichter ist hier nicht dargestellt. Mittels des Wärmetauschkörpers 4 wird die Abwärme an die Umgebung abgegeben, sodass das abgekühlte Temperierfluid über den Ausgangsanschluss 6 und die entsprechende Temperiermittel-Leitung 27 an die Antriebsmaschine 17 zurückführbar ist.
Mit dem hier vorgeschlagenen Wärmetauscher ist ein erhöhter Wirkungsgrad eines Thermomanagementsystems in einem Kraftfahrzeug erzielbar.
Bezugszeichenliste

1: Wärmetauscher
2: Thermomanagementsystem
3: Kraftfahrzeug
4: Wärmetauschkörper
5: Eingangsanschluss
6: Ausgangsanschluss
7: Rahmen
8: verdeckende Erhebung
9: Wärmetauscher-Einheit
10: Lüftermodul
11: Rotationsachse
12: Propeller
13: Kreissegment
14: Blechelement
15: Lasche
16: Versteifungskomponente
17: Antriebsmaschine
18: linkes Vortriebsrad
19: rechtes Vortriebsrad
20: erstes Seitenteil
21: zweites Seitenteil
22: Umlaufring
23: Rotationsantrieb
24: Querstrebe
25: Getriebe
26: Motorachse
27: Temperiermittel-Leitung

Claims

Wärmetauscher (1) für ein Thermomanagementsystem (2) eines Kraftfahrzeugs (3), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten: - einen Wärmetauschkörper (4) mit zumindest einer Leitung für ein Temperierfluid; - einen Eingangsanschluss (5) für die zumindest eine Leitung; - einen Ausgangsanschluss (6) für die zumindest eine Leitung; - einen Rahmen (7) zum Halten und/oder Fixieren des Wärmetauschkörpers (4) in einer Einbausituation, wobei der Rahmen (7), der Eingangsanschluss (5) und der Ausgangsanschluss (6) zu dem Wärmetauschkörper (4) fixiert sind, wobei der Rahmen (7) eine Erhebung (8) mit Erstreckung weg von dem Wärmetauschkörper (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung (8) kreissegmentförmig ist.
Wärmetauscher-Einheit (9) für ein Thermomanagementsystem (2) eines Kraftfahrzeugs (3), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten: - ein Lüftermodul (10) mit einem um eine Rotationsachse (11) rotierbaren Propeller (12); - einen Wärmetauschkörper (4) mit zumindest einer Leitung für ein Temperierfluid; - einen Eingangsanschluss (5) für die zumindest eine Leitung; - einen Ausgangsanschluss (6) für die zumindest eine Leitung; - einen Rahmen (7) zum Halten und/oder Fixieren des Wärmetauschkörpers (4) in einer Einbausituation, wobei der Rahmen (7), der Eingangsanschluss (5) und der Ausgangsanschluss (6) zu dem Wärmetauschkörper (4) fixiert sind, wobei der Rahmen (7) eine Erhebung (8) mit Erstreckung weg von dem Wärmetauschkörper (4) aufweist. dadurch gekennzeichnet, dass das Lüftermodul (10) mit einem Kreissegment (13) radial über den Wärmetauschkörper (4) hinausragt, und wobei das Kreissegment (13) von der Erhebung (8) des Rahmens (7) zumindest zu einem Großteil in axialer Richtung verdeckt ist.
Wärmetauscher-Einheit (9) nach Anspruch 2, wobei wobei die Erhebung (8) des Rahmens (7) korrespondierend zu dem Kreissegment (13) des Lüftermoduls (10) kreissegmentförmig gebildet ist, wobei das Kreissegment (13) von der kreissegmentförmigen Erhebung (8) des Rahmens (7) zumindest zu einem Großteil, bevorzugt vollständig, in axialer Richtung verdeckt ist.
Wärmetauscher-Einheit (9) nach einem von Anspruch 1 bis Anspruch 3, wobei der Rahmen (7) ein Blechelement (14) umfasst, von welchem die Erhebung (8) gebildet ist, wobei bevorzugt das Blechelement (14) eine kraftübertragende Komponente des Rahmens (7) ist.
Wärmetauscher-Einheit (9) nach Anspruch 4, wobei die Erhebung (8) von dem Blechelement (14) als umgeformte Lasche (15) ausgebildet ist, bevorzugt als vergrößerte Erstreckung einer Versteifungskomponente (16) des Blechelements (14).
Kraftfahrzeug (3), aufweisend zumindest eine Antriebsmaschine (17), zumindest ein von der Antriebsmaschine (17) zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs (3) antreibbares Vortriebsrad (18,19) und ein Thermomanagementsystem (2) mit zumindest einem Wärmetauscher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bevorzugt zum Temperieren zumindest der Antriebsmaschine (17).