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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Luft-Luft-Nachkühler
und insbesondere auf Flussrohrkonstruktionen für Luft-Luft-Nachkühler.
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Hintergrund
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Bau-
und Erdbewegungsmaschinen, genauso wie viele andere Arten von Arbeitsmaschinen
werden üblicherweise in einer großen Vielzahl
von Anwendungen verwendet. Im Allgemeinen wird eine Arbeitsmaschine
durch einen Verbrennungsmotor mit Leistung versorgt. Um die Leistung
der Arbeitsmaschine zu optimieren, muss der Motor so effizient wie möglich
arbeiten. Weil viele Arbeitsmaschinen durch Verbrennungsmotoren
mit Leistung versorgt werden, sind verschiedene Verfahren entwickelt
worden, um die Effizienz des Verbrennungsmotors zu steigern. Ein
Verfahren ist gewesen, einen Turbolader in dem Verbrennungsmotor
vorzusehen. Der Turbolader kann Luft komprimieren, bevor sie in
einen Motoreinlass oder in die Brennkammer eintritt. Das Beliefern des
Motoreinlasses mit komprimierter Luft ("Ladeluft") kann eine vollständigere
Verbrennung gestatten. Dies kann niedrigere Emissionen, verbesserte Leistung
und einen verbesserten Motorwirkungsgrad zur Folge haben. Jedoch
kann das Komprimieren der Luft auch eine Steigerung der Einlasslufttemperatur bewirken.
Das Beliefern des Motoreinlasses mit solcher aufgeheizten Ladeluft
kann zu einer unerwünschten Steigerung der Menge der Emissionen führen,
die aus dem Motor austreten. Weil Motoren im Allgemeinen schon große
Mengen an Wärme erzeugen, kann auch das Einleiten von aufgeheizter Ladeluft
in den Motoreinlass oder die Brennkammer die Betriebstemperatur
des Motors steigern, was somit eine übermäßige
Abnutzung an Motorkomponenten zur Folge hat.
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Ein
Luft-Luft-Nachkühler (ATAAC = Air-To-Air-Aftercooler) kann
verwendet werden, um Ruß und andere Motoremissionen durch
Kühlung der Ladeluft zu verringern, bevor sie in die Motoreinlasssammelleitung
eintritt. Die Verwendung des Luft-Luft-Nachkühlers kann
auch niedrigere Verbrennungstemperaturen zur Folge haben, was somit
die Motorkomponentenlebensdauer verbessert, indem eine thermische
Belastung auf den Motor verringert wird.
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Der
Luft-Luft-Nachkühler kann ein oder mehrere Rohre aufweisen,
durch welche die aufgeheizte Ladeluft laufen kann. Die Außenseite
des Rohrs kann einer gewissen Art eines Strömungsmittels
ausgesetzt sein, wie beispielsweise Umgebungsluft, welche das Rohr
kühlen kann. Wenn die aufgeheizte Ladeluft durch das Rohr
läuft, kann sie in Kontakt mit den Rohrwänden
kommen. Wärme kann von der Ladeluft auf die Rohrwände übertragen
werden und dann von den Rohrwänden in die Umgebungsluft, was
somit Wärme aus der Ladeluft entzieht. Externe Finnen können
an den Außenflächen der Rohrwände hinzugefügt
werden, um eine größere Oberfläche zu erzeugen,
die eine verbesserte Wärmeübertragung zwischen
der aufgeheizten Luft und der Umgebungsluft vorsehen kann.
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Zusätzlich
kann eine verbesserte Wärmeübertragung erreicht
werden, indem ein Turbolator bzw. eine Verwirbelungseinrichtung
im Inneren des Rohrs vorgesehen wird. Der Torbolator kann eine innere
Finne sein, die die Turbolenz der aufgeheizten Ladeluft steigern
kann, die durch das Rohr fließt. Durch Erzeugung einer
Turbolenz innerhalb des Rohrs kann sich die gesamte aufgeheizte
Ladeluft vermischen, was die Temperatur der aufgeheizten Ladeluft,
welche die Rohrwände berührt, hochhält, sodass
mehr Wärme extrahiert werden kann.
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Das
US-Patent Nr. 5 730 213 ,
das an Kiser u. a. ("Kiser") erteilt wurde, offenbart ein System
zur Erzeugung einer Turbulenz in Wärmetauscherrohren. Insbesondere
beschreibt Kiser einen Wärmetauscher mit einem Aluminium-Kühlrohr,
welches eine Vielzahl von zylindrischen Vorsprüngen aufweist,
die in die Innenfläche des Rohrs vorstehen. Die Vorsprünge
können den Rohrfluss durch das Rohr durchmischen, um einen
Wärmeaustausch zu verbessern, und zwar durch Verringerung
des thermischen Widerstandes zwischen der Rohrwand und der umschlossenen
Ladeluft. Jedoch kann das Rohr bei Kiser nicht genügend
Turbulenz für gewisse Anwendungen erzeugen, und zwar aufgrund
der Geometrie und der Größe der Vorsprünge.
Weiterhin gibt es eine Überlegung, dass gelötete
Aluminium-Luft-Luft-Nachkühler-Rohre nicht die Fähigkeit haben,
eine adäquate Lebensdauer für neu ere Motoren vorzusehen,
die höhere Ladelufttemperaturen als ältere Modelle
haben können.
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Die
vorliegende Offenbarung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere
der oben dargelegten Probleme zu überwinden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß einem
Aspekt kann die vorliegende Offenbarung auf einen Luft-Luft-Nachkühler
gerichtet sein. Der Luft-Luft-Nachkühler kann ein Rohr
aufweisen, welches konfiguriert ist, um einen Fluss der Ladeluft
zu leiten. Das Rohr kann mindestens einen ersten Vorsprung aufweisen,
der an einer ersten Innenfläche des Rohrs gelegen ist,
und eine erste Längsebene kann sich durch den mindestens
einen ersten Vorsprung erstrecken. Das Rohr kann auch mindestens
einen zweiten Vorsprung aufweisen, der an einer zweiten Innenfläche
des Rohrs gelegen ist, und eine zweite Längsebene kann
sich durch den mindestens einen zweiten Vorsprung erstrecken. Weiterhin
können sich die erste Längsebene und die zweite Längsebene
schneiden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt kann die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren
zur Herstellung eines Luft-Luft-Nachkühlerrohrs gerichtet
sein. Das Verfahren kann aufweisen, eine Metallplatte zu verformen,
um mindestens einen ersten Vorsprung und mindestens einen zweiten
Vorsprung auf einer Oberfläche der Metallplatte zu erzeugen.
Eine erste Längsebene kann sich durch den mindestens einen ersten
Vorsprung erstrecken, und eine zweite Längsebene kann sich
durch den mindestens einen zweiten Vorsprung erstrecken. Die erste
Längsebene kann sich mit der zweiten Längsebene
schneiden. Das Verfahren kann auch aufweisen, die Platte in eine
Rohrform zu walzen und die ersten und zweiten Kanten der Platte
zu verbinden, um ein Rohr zu formen.
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Gemäß noch
einem weiteren Aspekt kann die vorliegende Offenbarung auf eine
Motoranordnung gerichtet sein. Die Motoranordnung kann einen Turbolader
aufweisen, der konfiguriert ist, um Einlassluft zu komprimieren,
bevor sie in eine Motoreinlasssammelleitung eintritt. Die Motoranordnung
kann auch einen Luft-Luft- Nachkühler aufweisen, der betriebsmäßig
zwischen dem Turbolader und der Motoreinlasssammelleitung angeschlossen
ist. Der Luft-Luft-Nachkühler kann mindestens eine Rohr
aufweisen, welches konfiguriert ist, um die komprimierte Einlassluft
zu leiten, wobei das Rohr mindestens einen ersten Vorsprung aufweist,
der an einer ersten Innenfläche des Rohrs gelegen ist,
wobei sich eine erste Längsebene durch den einen ersten
Vorsprung erstreckt. Das Rohr kann auch mindestens einen zweiten
Vorsprung aufweisen, der an einer zweiten Innenfläche des
Rohrs gelegen ist, wobei sich eine zweite Längsebene durch
den mindestens einen zweiten Vorsprung erstreckt. Weiterhin können
sich die erste Längsebene und die zweite Längsebene schneiden.
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Gemäß noch
einem weiteren Aspekt kann die vorliegenden Offenbarung auf ein
Rohr gerichtet sein, welches konfiguriert ist, um einen Fluss von
Ladeluft zu leiten. Das Rohr kann mindestens einen ersten Vorsprung
aufweisen, der an einer ersten Innenfläche des Rohrs gelegen
ist, und eine erste Längsebene kann sich durch den mindestens
einen ersten Vorsprung erstrecken. Das Rohr kann auch mindestens
einen zweiten Vorsprung aufweisen, der an einer zweiten Innenfläche
des Rohrs gelegen ist, und eine zweite Längsebene kann
sich durch den mindestens einen zweiten Vorsprung erstrecken. Weiterhin
können sich die erste Längsebene und die zweite Längsebene
schneiden und in einem Winkel bezüglich einer Längsachse
des Rohrs erstrecken.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 sieht
eine schematische Ansicht einer Arbeitsmaschine gemäß einem
beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel vor.
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2 sieht
eine schematische Ansicht eines Motors gemäß einem
beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel vor.
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3 sieht
eine schematische Ansicht eines Luft-Luft-Nachkühlers gemäß einem
beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel vor.
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4 sieht
eine schematische Ansicht von Rohren und Finnen gemäß einem
beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel vor.
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5 sieht
eine schematische Ansicht eines Rohrs gemäß einem
beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel vor.
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6 sieht
eine schematische Ansicht eines Rohrs gemäß einem
beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel vor.
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7 sieht
eine schematische Ansicht eines Rohrs gemäß einem
beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel vor.
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8a–8d sehen
schematische perspektivische Ansichten eines Verfahrens zur Herstellung
eines Rohrs gemäß einem beispielhaften offenbarten
Ausführungsbeispiel vor.
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Detaillierte Beschreibung
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Mit
Bezug auf 1 ist eine Arbeitsmaschine 10 veranschaulicht,
wie beispielsweise ein Geländelastwagen. Die Arbeitsmaschine 10 kann
einen Rahmen 12 und einen Kippkörper bzw. eine
Kippmulde 14 aufweisen, der bzw. die schwenkbar am Rahmen 12 befestigt
ist. Eine Bedienerkabine 16 kann an der Vorderseite des
Rahmens 12 über einer Motorumschließung 18 befestigt
sein. Die Arbeitsmaschine 10 kann auf dem Boden durch ein
Paar von Fronträdern 20 (eines gezeigt) und ein
Paar von Hinterrädern 22 (eines gezeigt) getragen
werden.
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Ein
oder mehrere Motoren 24 können innerhalb der Motorumschließung 18 gelegen
sein. Ein Beispiel eines Motors 24 ist in 2 gezeigt.
Der Motor 24 kann verwendet werden, um Leistung zu einer Antriebsanordnung
der Arbeitsmaschine 10 über einen mechanischen
oder elektrischen Antriebsstrang zu liefern. Wie in 2 veranschaulicht,
kann der Motor 24 einen Verbrennungsmotor aufweisen. Der Verbrennungsmotor 24 kann
einen Turbolader 26 aufweisen, um Einlassluft 38a in
aufgeheizte Ladeluft 38b zu komprimieren, und einen Luft-Luft-Nachkühler
(ATAAC = Air-To-Air-Aftercooler) 36 zum Kühlen der
aufgeheizten Ladeluft 38b vor dem Eintritt in eine Lufteinlasssammelleitung 32.
Jede der Motorunterkomponenten kann eine Vielzahl von Konfigurationen
haben, um zu einer speziellen Anwendung zu passen. Beispielhafte
Unterkomponenten des Motors 24 werden besprochen, jedoch
ist das gegenwärtig offenbarte Ausführungsbeispiel
nicht auf diese speziellen Konfigurationen eingeschränkt.
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Der
Turbolader 26 kann einen Kompressor 30 aufweisen,
der durch eine Turbine 28 angetrieben wird, die vom Motorabgasfluss 34 angetrieben
wird. Der Kompressor 30 kann die Einlassluft 38a unter Druck
setzen, um eine größere Masse einer Brennstoff/Luft-Mischung
in die Motorzylinder des Motors 24 einzulassen. Das Ergebnis
kann eine Steigerung der Leistung und eine verbesserte Motoreffizienz sein.
Als ein Nebenprodukt des Unterdrucksetzens kann jedoch auch die
Temperatur der Einlassluft 38a steigen, was unerwünscht
sein kann. Die komprimierte Einlassluft, die aus dem Kompressor 30 austritt,
kann als aufgeheizte Ladeluft 38b bezeichnet werden. Wie
oben erwähnt, kann die aufgeheizte Ladeluft 38b gekühlt
werden, bevor sie in die Lufteinlasssammelleitung eintritt, indem
sie durch den Luft-Luft-Nachkühler 36 läuft.
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Ein
beispielhaftes offenbartes Ausführungsbeispiel des Luft-Luft-Nachkühlers 36 ist
in 3 gezeigt. Aufgeheizte Ladeluft 38b vom
Kompressor 30 des Turboladers 26 kann in den Luft-Luft-Nachkühler 36 durch
einen Einlassanschluss 40 eingelassen werden. Der Einlassanschluss 40 bildet
einen Teil einer ATAAC-Einlasssammelleitung 42, die aufgeheizte
Ladeluft 38b in ein oder mehrere Rohre 44 leitet. Nach
dem Durchlaufen des Luft-Luft-Nachkühlers bzw. ATAAC 36,
und nachdem sie einen Wärmeaustauschvorgang mit relativ
kühler Umgebungsluft ausgeführt hat, die gleichzeitig über
und um den Luft-Luft-Nachkühler 36 gelaufen ist,
kann die zuvor aufgeheizte Ladeluft 38b durch einen Auslassanschluss 46 einer
ATAAC-Auslasssammelleitung 48 als relativ gekühlte
Ladeluft 38c ausgelassen werden, die dann zur Motorlufteinlasssammelleitung 32 geleitet
werden kann. Wie in 2 gezeigt, kann die Motorlufteinlasssammelleitung 32 des
Motors 24 einen oder mehrere Durchlässe oder Rohre
aufweisen, die verwendet werden können, um gekühlte
Ladeluft 38c zu einem oder mehreren (nicht gezeigten) Motorzylindern
zu leiten. Der Luft-Luft-Nachkühler 36 kann aus
geeigneten Metallen aufgebaut sein, die Kupfer, rostfreien Stahl,
Aluminium oder deren Legierungen aufweisen.
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Die
Rohre 44 sind in 4 vergrößert
gezeigt. Die Rohre 44 können durch externe Finnen 50 getrennt
werden, die an die Rohre 44 gebunden werden können,
um ihre Außenfläche zu vergrößern, was
somit der Wärmeübertragung hilft. Äußere
Finnen 50 können aus dünnen Metallstreifen
geformt werden, können gebogen werden oder in anderer Weise
in erwünschte Konfigurationen geformt werden. Die Konfigurationen
können den freien Fluss von Umgebungsluft über
die äußeren Finnen 50 gestatten, was
zur Folge hat, dass die Umgebungsluft Wärme von den Rohren 44 und
den äußeren Finnen 50 abführt.
Die äußeren Finnen 50 können
irgendeine Anzahl von unterschiedlichen Konfigurationen haben, was
beispielsweise serpentinenartige, sägezahnartige, klappenartige
und wellenartige Formen aufweist. Die Rohre 44 und die äußeren
Finnen 50 können aus Kupfer und dessen Legierungen
aufgebaut sein. Alternativ können die Rohre 44 und
die Finnen 50 aus anderen geeigneten Materialien gemacht
sein, was beispielsweise rostfreien Stahl, Aluminium und andere
Metalle und Legierungen einschließt.
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Wie
in 5 gezeigt, kann jedes Rohr 44 auch einen
Turbolator bzw. eine Verwirbelungseinrichtung 52 aufweisen,
um die Vermischung der aufgeheizten Ladeluft 38b zu begünstigen,
die durch das Rohr 44 läuft. Die Erzeugung eines
turbulenten Flusses innerhalb des Rohrs 44 kann eine gesteigerte
Wärmeübertragung zwischen der aufgeheizten Ladeluft 38b und
dem Rohr 44 und den Finnen 50 vorsehen. In einem
Ausführungsbeispiel kann der Turbolator 52 einen
oder mehrere obere Vorsprünge 58 an einer oberen
Innenfläche 60 der Rohrwand 66 aufweisen
und/oder einen oder mehrere untere Vorsprünge 62 an
einer unteren Innenfläche 64 der Rohrwand 66.
Wie genauer unten beschrieben wird, können die oberen und
unteren Vorsprünge 58 und 62 zwischen
Nasen (gekrümmten Teilen) 54 und 56 des
Rohrs 44 unter Verwendung von bekannten Metallumformungsprozessen
geformt werden, wie beispielsweise Rollen, Pressen oder anderen
geeignete Verfahren. Währen nur ein Satz von oberen Vorsprüngen 58 und
unteren Vorsprüngen 62 in 5 gezeigt
ist, sei auch bemerkt, dass das Rohr 44 sich über
eine größere Distanz in Längsrichtung
erstrecken kann, als gezeigt, und dass die Sätze von oberen
Vorsprüngen 58 und unteren Vorsprüngen 62 sich
in beabstandeten Intervallen entlang der gesamten längsverlaufenden
Länge des Rohrs 44 wiederholen können
(4).
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Die
Abmessungen der oben erwähnten Strukturelemente können
den Grad beeinflussen, in dem das Rohr 44 eine aufgeheizte
Ladeluft 38 in Turbulenz versetzen kann und kühlen
kann. Zwei Abmessungen sind in 6 gezeigt,
die beispielsweise die Rohrbreite "tw" aufweisen, die von 2–6
mm reichen kann. Werte für tw, die näher am unteren
Ende des Bereichs sind, können wünschenswert sein,
falls tw einen kleineren Wert hat, dann kann die Vorsprungstiefe
"de" auch einen kleineren Wert haben. Die oberen Vorsprünge 58 und
die unteren Vorsprünge 62 mit kleineren Werten
de können leichter herzustellen sein, weil sie ein geringeres
Ausmaß an Metallumformungsbearbeitung erfordern. In einem
Ausführungsbeispiel können die Werte für
de in den Bereich von 20% bis 60% von tw fallen. Beispielsweise können
sich die oberen Vorsprünge 58 und die unteren
Vorsprünge 62 über gleiche Distanzen
erstrecken, sodass beide Sätze von Vorsprüngen 58 und 62 ein
de haben können, das im Wesentlichen 50% von tw äquivalent
ist. Alternativ können die oberen und unteren Vorsprünge 58 und 62 Werte
von de haben, die weniger als 50% von tw sind, und so werden sie
einander nicht berühren. Alternativ kann immer noch ein
Satz von Vorsprüngen einen Wert von de haben, der größer
als 50% von tw ist und somit einen größeren Wert
von de haben, als der restliche Satz von Vorsprüngen. Zusätzlich,
wie in 7 gezeigt, können die Werte für
die Vorsprungsbreite "dw" von 1–2 mal des Wertes für
de reichen. Der Vorsprungswinkel "da" kann auch das Ausmaß der
Turbolenzbildung und/oder Kühlung beeinflussen, und in
einem Ausführungsbeispiel kann da von 30–75 Grad
reichen. Während Bereiche für Elemente des Rohrs 44 zu
Beispielszwecken beschrieben worden sind, sei bemerkt, dass andere
Bereiche trotzdem in Betracht gezogen werden.
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In
einem Ausführungsbeispiel weisen die oberen Vorsprünge 58 und
die unteren Vorsprünge 62 jeweils eine Längsachse 63 auf,
die in einer entsprechenden Längsebene liegen kann, die
sich senkrecht zur Rohrwand 66 erstreckt. Die Längsachsen 63 der
oberen Vorsprünge 58 genauso wie ihre entsprechenden
Längsebenen können parallel zueinander sein und
können in einem größeren Winkel als 15 Grad
bezüglich einer Längsachse 65 des Rohrs 44 orientiert
sein. In ähnlicher Weise können die Längsachsen 63 der
unteren Vorsprünge 62 und ihre entsprechenden
Längsebenen auch parallel zueinander in einem Winkel von
mehr als 15 Grad bezüglich der Längsachse 65 orientiert
sein. Wenn die Längsachsen 63 der oberen Vorsprünge 58 und
der unteren Vorsprünge 62 übereinander
gelegt werden, können die offensichtlichen Schnittpunkte
der Längsachsen 63 der oberen Vorsprünge 58 und
der unteren Vorsprünge 62 eine Winkelform bilden,
die eine Spitze 63a aufweist. Zusätzlich kann
sich die Längsebene, die die Längs achse des oberen
Vorsprungs 58 enthält, mit der Längsebene
schneiden, die die Längsachse 63 des unteren Vorsprungs 62 enthält,
und zwar nahe der Spitze 63a. Es wird auch in Betracht gezogen,
dass die oberen Vorsprünge 58 und die unteren
Vorsprünge 62 einander in der Nachbarschaft der
Spitze 63a berühren können. Weiterhin
können die Winkel in einem Muster angeordnet sein, sodass die
Spitze 63a von jedem Winkel auf einer Linie liegen kann,
die sich senkrecht zur Längsachse 65 des Rohrs 44 erstreckt.
Das Winkelmuster kann die erwünschte Turbolenz durch Veränderung
der Richtung der aufgeheizten Ladeluft 38b erzeugen, die durch
das Rohr 44 läuft, ohne eine übermäßige
Vergrößerung des Druckabfalls innerhalb des Rohrs 44 zu
bewirken. Zusätzlich oder alternativ können die oberen
Vorsprünge 58 und/oder die unteren Vorsprünge 62 zumindest
teilweise kurvenlinienförmig sein und können scharfe
Kanten oder abgerundete Kanten aufweisen. Weiterhin sei bemerkt,
dass der Ausdruck "Spitze" nicht nur einen Schnittpunkt aufweisen
kann, sondern auch einen Hochpunkt einer Kurve. Es wird auch in
Betracht gezogen, dass die oberen Vorsprünge 58 und/oder
die unteren Vorsprünge 62 alternative Geometrien,
Größen und Orientierungen haben können,
und dass weiterhin die Anzahl der oberen Vorsprünge 58 und/oder
der unteren Vorsprünge 62 vergrößert
oder verringert werden kann, wie erwünscht. Alternativ
kann das Rohr 44 nur entweder die oberen Vorsprünge 58 oder
die unteren Vorsprünge 62 haben, jedoch nicht
beide. In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel kann
das Rohr 44 abwechselnde Abschnitte von oberen Vorsprüngen 58 und
unteren Vorsprüngen 62 aufweisen.
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Wie
in den 8a bis 8d gezeigt,
kann das Rohr 44 aus einer Metallplatte 68 mit
einer ersten Kante 70 und einer zweiten Kante 72 geformt
sein. Die oberen Vorsprünge 58 und die unteren
Vorsprünge 62 können auf der Metallplatte 68 durch
Pressen, Walzen oder irgendeinen anderen geeigneten Metallumformungsvorgang
erzeugt werden, wodurch somit die in 8b gezeigte
Struktur erzeugt wird. Nachdem die oberen und unteren Vorsprünge 58 und 62 geformt
sind, kann die Metallplatte 68 gewalzt sein, was somit
die erste Kante 70 in enge Nähe zur zweiten Kante 72 bringt,
wie in 8c gezeigt. Alternativ können
die erste Kante 70 und die zweite Kante 72 in Kontakt
miteinander gebracht werden. Schließlich, wie in 8d gezeigt,
können die erste Kante 70 und die zweite Kante 72 zusammengeschweißt
werden, um das Rohr 44 zu erzeugen. Es wird weiter in Betracht
ge zogen, dass der Schweißvorgang an irgendeinem Kontaktpunkt
zwischen gegenüberliegenden oberen Vorsprüngen 58 und
unteren Vorsprüngen 62 ausgeführt werden
kann. Das Schweißen kann eine strukturelle Festigkeit für
das Rohr 44 vorsehen, indem eine zusätzliche Unterstützung
vorgesehen wird, um sicherzustellen, dass sich das Rohr 44 nicht
aufgrund von hohen Drücken innerhalb des Rohrs 44 und/oder
aufgrund von Kräften in nicht wünschenswerter
Weise verformen wird, die durch Lasten außerhalb des Rohrs 44 aufgebracht
werden. Die Schweißnähte können unter
Verwendung des Hochfrequenz-Induktionsschweißens, des Widerstandsschweißens,
des Hartlötens oder unter Verwendung anderer geeigneter
Prozesse erzeugt werden.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Der
offenbarte Luft-Luft-Nachkühler kann Anwendung bei Verbrennungsmotoren
finden. Insbesondere, und wie in 2 gezeigt,
kann der Luft-Luft-Nachkühler bzw. ATAAC 36 dazu
dienen, einen Fluss von Einlassluft zu kühlen, der aus
einem Kompressor 30 eines Turboladers 26 austritt,
bevor er in eine Einlasssammelleitung 32 eines Motors 24 eintritt,
was somit die Emissionsniveaus verringert und die Lebensdauer der
Motorkomponenten steigert.
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In
einer Arbeitsmaschine 10 kann Abgas 34, welches
den Motor 24 verlässt, zu einer Turbine 28 des
Turboladers 26 geleitet werden. Der Fluss des Abgases 34 kann
die Turbine 28 antreiben, was bewirkt, dass sie sich dreht
und den Kompressor 30 antreibt. Einlassluft 38a kann
in den Kompressor 30 geleitet werden, wo sie eine Kompression
unterlaufen kann und als Nebenprodukt der Kompression kann die Einlassluft 38a auch
zu aufgeheizter Ladeluft 38b aufgeheizt werden. Die aufgeheizte
Ladeluft 38b kann vom Kompressor 30 in den Luft-Luft-Nachkühler 36 durch
einen Einlass 40 laufen, wo sie zu einer Einlasssammelleitung 42 geleitet
werden kann. Die Rohre 44 können in Strömungsmittelverbindung
mit der Einlasssammelleitung 42 des Luft-Luft-Nachkühlers 36 sein,
und somit kann auch aufgeheizte Ladeluft 38b von der Einlasssammelleitung 42 in
die Rohre 44 laufen. Um bei der Wärmeübertragung
zu helfen, können die Rohre jeweils einen oder mehrere Turbolatoren 52 aufweisen,
die vorgesehen sind, um eine Turbolenz in den Fluss der aufgeheizten
Ladeluft 38b einzubringen, die durch die Rohre 44 läuft.
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Eine
Turbolenz, die durch die Turbolatoren 52 erzeugt wird,
kann dabei helfen, die Entwicklung eines radialen Temperaturgradienten
innerhalb der Rohre 44 zu verhindern, und zwar durch Vermischen aller
Regionen der aufgeheizten Luft 38b miteinander, was eine
gesteigerte Wärmeübertragung zwischen der aufgeheizten
Ladeluft 38b und den Rohren 44 zur Folgen haben
kann. Die Rohre 44 können gekühlte Ladeluft 38c in
die Auslasssammelleitung 48 zum Auslass 46 leiten.
Beim Austritt aus dem Luft-Luft-Nachkühler 36 kann
die gekühlte Ladeluft 38c mit Brennstoff in einer
oder mehreren (nicht gezeigten) Brennkammern im Motor 24 vermischt
werden. Weil kühlere Luft größere Dichte
hat als aufgeheizte Luft, kann ein Volumen von gekühlter
Ladeluft 38c auf einem gewissen Druck eine größere
Anzahl von Luftmolekülen enthalten als das gleiche Volumen aufgeheizter
Ladeluft 38b beim gleichen Druck. Die Vergrößerung
der Anzahl der Luftmoleküle in den Brennkammern des Motors 24 hilft
bei der Verbrennung, was die Menge des Rußes und/oder der
Emissionen verringern kann, die aus dem Motor 24 austritt.
Auch kann die Verringerung der Temperatur der aufgeheizten Ladeluft 38b die
Betriebstemperatur des Motors 24 verringern, was somit
geringere Abnutzung an den Motorkomponenten zur Folge hat.
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Die
Anwendung von Turbolatoren 52 kann auch andere Vorteile
bieten. Beispielsweise kann der Luft-Luft-Nachkühler 36 vorzugsweise
aus Kupfer oder dessen Legierungen aufgebaut sein, weil gelötete
Kupfer-ATAAC-Rohre 44 eine bessere Leistung vorsehen können.
Eine Schwierigkeit, die auftreten kann, wenn man gelötete
Kupfer-ATAAC-Rohre 44 verwendet, ist, dass störende
Lötpaste oder Lötfolie im Inneren der gelöteten
Kupfer-ATAAC-Rohre 44 zusätzliche Herstellungskosten
zur Folge haben kann. Die Turbolatoren 52 können
von außerhalb des Rohrs 44 geformt werden und
können somit nicht das Einführen von irgendwelchen
Vorrichtungen in dem Rohr 44 erfordern, die die Lötpaste
oder Folie im Inneren der Rohre 44 beschädigen
oder stören könnten. Dieses Merkmal der Turbolatoren 52 kann
die Anwendung von gelöteten Kupfer-ATAAC-Rohren 44 wegen
ihrer Leistungsfähigkeit gestatten, während die
zusätzlichen Kosten vermieden werden, die mit störender
Lötpaste oder Folie während der Herstellung assoziiert
sind. Das Gleiche ist der Fall, wenn man den Luft-Luft-Nachkühler
bzw. ATAAC 36 unter Verwendung von rostfreiem Stahl herstellt.
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Die
Turbolatoren 52 können auch zusätzliche
strukturelle Festigkeit vorsehen. Wie oben besprochen, können
die oberen Vorsprünge 58 die unteren Vorsprünge 62 in
der Nachbarschaft der Spitze 63a berühren, und
sie können miteinander an irgendeinem Kontaktpunkt durch
eine oder mehrere Schweißnähte verbunden sein,
um die Wände des Rohrs 44 zu verstärken.
Ein Kontakt zwischen den oberen Vorsprüngen 58 und
den unteren Vorsprüngen 62 kann äußeren
Kräften auf dem Rohr 44 Widerstand bieten, die
anderenfalls bewirken würden, dass das Rohr 44 sich
nach innen verformt. Zusätzlich kann ein innerer Druck
innerhalb des Rohrs 44 weniger wahrscheinlich eine Verformung
der Wände 66 des Rohrs 44 nach außen
bewirken, wenn die Turbolatoren 52 vorgesehen sind. Als
eine Folge kann der Luft-Luft-Nachkühler 36 in
Motoranwendungen mit hohen Ladeluftdrücken verwendet werden.
Die Fähigkeit, höhere Ladeluftdrücke
zu verwenden, kann zusätzliche Vorteile für die
vollständigere Verbrennung von Brennstoff, für
niedrigere Emissionen und einen größeren Gesamtmotorwirkungsgrad
bieten.
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Es
wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen
und Variationen an dem offenbarten Luft-Luft-Nachkühler
und an den offenbarten Verfahren vorgenommen werden können,
ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Zusätzlich
werden andere Ausführungsbeispiele des Luft-Luft-Nachkühlers
und der Verfahren dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung
offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung
und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein
wahrer Umfang der Offenbarung durch die folgenden Ansprüche
und ihre äquivalenten Ausführungen gezeigt wird.
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Zusammenfassung
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Rohrkonstruktion für
einen Luft-Luft-Nachkühler
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Ein
Luft-Luft-Nachkühler kann ein Rohr aufweisen, welches konfiguriert
ist, um einen Fluss von Ladeluft zu leiten. Das Rohr kann mindestens
einen ersten Vorsprung aufweisen, der auf einer ersten Innenfläche
des Rohrs gelegen ist, und eine erste Längsebene kann sich
durch den mindestens einen ersten Vorsprung erstrecken. Das Rohr
kann auch mindestens einen zweiten Vorsprung aufweisen, der auf
einer zweiten Innenfläche des Rohrs gelegen ist, und eine
zweite Längsebene kann sich durch den mindestens einen
zweiten Vorsprung erstrecken. Weiterhin können sich die
erste Längsebene und die zweite Längsebene schneiden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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