DE19626639C1

DE19626639C1 - Wärmetauscher, insbesondere Wasserkühler

Info

Publication number: DE19626639C1
Application number: DE19626639A
Authority: DE
Inventors: Manfred Schatz; Axel Temmesfeld; Klaus Kalbacher
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG; Laengerer and Reich GmbH and Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 1996-07-02
Filing date: 1996-07-02
Publication date: 1997-11-20
Anticipated expiration: 2016-07-03
Also published as: ES2150176T3; EP0818663A3; DE59702187D1; EP0818663B1; EP0818663A2; US5915464A

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere Wasserkühler, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Bekannt sind Kühler die durch die Anordnung einer Trennwand in einem Sammelkasten einen Niedertemperaturbereich innerhalb des Kühlers bilden. Da ein Teil des Mediums gezwungen wird, einen weiteren Weg durch den Kühler zu nehmen, kann eine bessere Ab kühlung erzielt werden. Ein mit den eingangs genannten Merkmalen ausgebildeter Wärme tauscher ist beispielsweise aus der DE 32 17 836 A1 bekannt. Hier sind zwei an gegen überliegenden Enden angeordnete Sammelkästen vorgesehen, die jeweils eine Trennwand mit einer Öffnung aufweisen, in der ein Ventil angeordnet ist. Mittels Steuerungs- und Re gelungstechnik können die Ventile bedient werden, wodurch der Wärmetauscher, je nach Leistungsanforderung, mit einer einfachen oder mehrfachen Durchströmung betrieben wer den kann. Nachteilig an dieser Lösung ist, daß der Wärmetauscher durch die Ventile und die Regelungstechnik recht kostspielig ist. Ferner können die in den Sammelkästen einge schlossenen Ventile im Schadensfall nur mit großen Aufwendungen ausgewechselt werden. Wahrscheinlich würde man aus Kostengründen den gesamten Wärmetauscher auswechseln müssen.
Mit Trennwänden versehene Sammelkästen weisen ebenfalls die aus der DE 195 36 999 A1 und aus der DE 195 15 526 C1 bekannten Wärmetauscher auf. Hier ist jedoch die Durch strömung des Wärmetauschers durch die Positionierung der Trennwände vorgegeben. Eine variable Einstellung, wie sie in der erstgenannten Lösung möglich ist, kann nicht erfolgen.

Der eingangs erwähnte Niedertemperarturbereich ist nicht für sämtliche Anwendungsfälle sinnvoll und erwünscht. Wasserkühler sind das zentrale Element innerhalb eines Kühlmo duls für Kraftfahrzeuge, die nicht nur die Kühlwasserkühlung realisieren sondern gleich zeitig zur Kühlung oder Vorwärmung anderer Betriebsstoffe hauptsächlich Getriebeöl, Hydrauliköl usw. herangezogen werden. Die Getriebeölkühlung ist jedoch nur bei Auto mobilen mit Automatikgetriebe notwendig, während bei Schaltgetrieben eine Getriebeöl kühlung mittels Kühlwasser nicht erfolgt.

Im Kühlerbau sind die Kosten für Werkzeuge, beispielsweise für die oft aus Kunststoff hergestellten Sammelkästen, ein nicht unwesentlicher Faktor, so daß man ständig bestrebt ist, gerade auf diesem Gebiet Einsparungen zu erzielen.

Deshalb besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen Wärmetauscher, insbesondere ei nen Wasserkühler für ein Kraftfahrzeug, so auszubilden, daß der Wasserkühler mit oder ohne Niedertemperaturbereich aus im wesentlichen gleichen Einzelteilen bestehen kann und dabei einfach aufgebaut sein sowie sehr betriebssicher funktionieren soll. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merk male gelöst.

Die Ansprüche 2 bis 6 betreffen Weiterbildungen.

Der Sammelkasten weist in der angeordneten Trennwand mindestens eine Einströmöffnung auf, an die sich eine durch einen Teil des Sammelkastens verlaufende Leitung anschließt. Diese Leitung führt zu einer Ablaßöffnung, vorzugsweise in der Stirnwand des Sammelka stens und zu einer Abströmöffnung, vorzugsweise in einer Längswand des Sammelkastens, die zu einem Wärmetauscher, beispielsweise Getriebeölkühler, führt, worauf vorliegend nicht näher einzugehen ist. In dem Mantel der genannten Leitung ist ferner eine weitere Öffnung angeordnet, die das Einströmen des Mediums in die Rohre innerhalb des Nieder temperaturbereiches zuläßt. Die Ablaßöffnung dient dem Ablassen des Kühlwassers aus dem Kreislauf und ist mittels Verschlußstopfen absperrbar. Diese Ausbildung des Wärme tauschers beziehungsweise des Sammelkastens ist gleich sowohl für den Einsatz mit Nie dertemperaturbereich als auch ohne denselben. Das führt dazu, daß die Sammelkästen des Wärmetauschers mit dem gleichen Spritzguß-Werkzeug hergestellt werden können. Der wesentliche Unterschied besteht in der Ausbildung des Verschlußstopfens. Gemäß dem Anspruch 2 ist der Verschlußstopfen so konfiguriert, daß die Ablaßöffnung und die Ein strömöffnung verschließbar ist. Diese Ausbildung ist für den Fall vorgesehen, daß der Nie dertemperaturbereich des Wasserkühlers benötigt wird, weil beispielsweise ein wasserge kühlter Getriebeölkühler vorhanden ist, der das die Abströmöffnung passierende Kühlwas ser erhält. Da der in der Leitung placierte Verschlußstopfen die Einströmöffnung sperrt, wird das Medium zur nochmaligen Durchströmung des Wärmetauschers veranlaßt, tritt durch die mantelseitige Öffnung in die Leitung ein und verläßt den Wärmetauscher durch die Abströmöffnung.

Im zweiten Fall - ohne Niedertemperaturbereich - wird ein an derer Verschlußstopfen einge setzt, der im Anspruch 3 angegeben wurde. Danach wird ein Verschlußstopfen in die Lei tung eingesetzt der neben der Ablaßöffnung auch die Abströmöffnung verschließt. Da die Eintrittsöffnung in der Trennwand und die mantelseitige Öffnung in der Leitung offen bleiben und die Abströmöffnung verschlossen ist, kann der Wärmetauscher einheitlich ohne Niedertemperaturbereich wirksam werden. Das Wasser tritt durch die Eintrittsöffnung in der Trennwand auch in den abgetrennten Teil des Sammelkastens ein und durchströmt somit den gesamten Wasserkühler auf einem Weg vom Eintritt zum Austritt. Der Verschlußstopfen kann beispielsweise in die Ablaßöffnung einschraubbar sein, er kann aber auch derart ausgebildet sein, daß er verriegelbar ist. Eine bevorzugte Ausführungsform besitzt am Umfang des Verschlußstopfens angeordnete Nasen, die im Bereich der Ablaß öffnung vorgesehene Schlitze eingreifen und durch Drehung des Verschlußstopfens um die Längsachse die Verriegelung herbeiführen.

Ferner ist es möglich Maßnahmen vorzusehen, daß nicht der falsche Verschlußstopfen während des Fertigungsprozesses eingesetzt wird. Beispielsweise kann der nicht in die Ab laßöffnung eingesetzte Teil des Kopfes bzw. der überstehende Teil einer Art des Ver schlußstopfens einen von der anderen Art unterschiedlichen Durchmesser aufweisen und ein zu der Art mit dem kleineren Durchmesser gehörendes anderes Element kann so dicht an der Ablaßöffnung positioniert sein, daß der Verschlußstopfen mit dem größeren Durch messer des überstehenden Teiles nicht einsetzbar ist.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen erläutert, wozu auf die beiliegen den Zeichnungen Bezug genommen wird.

Es zeigen:

Fig. 1 Frontansicht eines Kühlmittel-Kühlers mit Niedertemperaturbereich,

Fig. 2 Draufsicht von Fig. 1 mit Verschlußstopfen,

Fig. 3 Verschlußstopfen in zwei Ansichten für Variante mit Niedertemperaturbereich,

Fig. 4 Verschlußstopfen für Variante ohne Niedertemperaturbereich,

Fig. 5 Bereich des Sammelkastens mit den Einbauten für Niedertemperaturbereich in zwei Ansichten,

Fig. 6 Ähnlich Fig. 5, jedoch mit Verschlußstopfen von Fig. 3,

Fig. 7 Ähnlich Fig. 5, jedoch mit Verschlußstopfen von Fig. 4.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Wasserkühler 1 für Kraftfahrzeuge mit den typischen Bestand teilen. Gemäß Fig. 1 weist der Wasserkühler 1 ein Kühlnetz 15 auf, das aus einem Bündel von Flachrohren 16 und zwischen den Flachrohren 16 angeordneten Lamellen 17 besteht. Es ist unerheblich, ob dieses Kühlnetz 15 oder der gesamte Wasserkühler 1 in gelöteter Ausfüh rung oder als mechanisch gefügter Wasserkühler 1 vorliegt. Bevorzugter Weise ist jedoch das Kühlnetz 15 gelötet und der oder die Sammelkästen 14 bestehen aus Kunststoff. Der Wasserkühler nach den Fig. 1 und 2 besitzt ferner an einem Sammelkasten 14 einen Kühl wassereintritt 18 und am gegenüberliegenden Sammelkasten 14 einen Kühlwasseraustritt 19. Auf die Verbindung der Flachrohre 16 in den Rohrböden 20 muß hier nicht eingegangen werden. Im linken Sammelkasten 14 von Fig. 1, unten, sind die wichtigen Einbauten einge zeichnet, die im Zusammenwirken mit den entsprechenden Verschlußstopfen 8/1 oder 8/2 dafür sorgen, daß der Wasserkühler 1 entweder mit oder ohne Niedertemperaturbereich be trieben werden kann. Die Einbauten bestehen aus der Trennwand 3, die eine Einströmöff nung 2 aufweist und eine sich daran anschließende Leitung 4. Die Leitung 4 führt zu einer in der Stirnwand 21 des Sammelkastens 14 angeordneten Ablaßöffnung 5, die auch zur ganz normalen Entleerung des Kühlsystems nützlich ist. Ferner steht die Leitung 4 mit einer in einer Seitenwand 22 des Sammelkastens 14 vorgesehenen Abströmöffnung 6 in Verbindung. Zu erkennen ist auch die in der Leitung 4 vorgesehene mantelseitige Öffnung 7, die zum Rohrboden 20 und den darin angeordneten Enden der Flachrohre 16 weist. In den Fig. 1 und 2 ist außerdem ein eingesetzter Verschlußstopfen 8 dargestellt, dessen Einzelheiten weiter unten erläutert sind. Aus Fig. 2 geht bereits hervor, daß die verriegelbare Befestigung des Verschlußstopfens 8 in der Ablaßöffnung 5 gewählt wurde. Dazu besitzt der Verschlußstop fen 8 umfangsseitig zwei Nasen 23, die durch Drehung des Verschlußstopfens 8 in umfangs seitige Schlitze 24 der Ablaßöffnung 5 eingeführt sind. Die Fig. 3 und 4 zeigen die Nasen 23. Die Fig. 3 zeigt den Verschlußstopfen 8/1, der für den Einsatz mit Niedertemperaturbereich vorgesehen ist und die Fig. 4 jenen 8/2, der für den Einsatz ohne Niedertemperaturbereich gedacht ist. Bei Vergleich dieser beiden Fig. ist bemerkenswert, daß der kürzere Verschluß stopfen 8/2 derjenige ist, dessen Kopfdurchmesser größer ist. Diese Maßnahme trägt dazu bei, zu verhindern, daß im Fertigungsprozeß Fehler durch den Einsatz des verkehrten Ver schlußstopfens 8 entstehen können. Wie auch aus Fig. 7 hervorgeht, hat der Kopf 25 des kürzeren Verschlußstopfens 8/2 einen Überstand 26 über den inneren Rand 27 der Ablaßöff nung 5. In der Fig. 6, mit dem Verschlußstopfen 8/1, ist dagegen kein solcher Überstand 26 vorhanden. Es ist nun leidet einzusehen, daß man beispielsweise in der Variante nach Fig. 6 ein anderes zu dieser Variante gehörendes Bauteil vorsieht bzw. montiert, dessen Teil 28 genau bis in den Bereich des erwähnten Überstandes 26 ragt. Damit ist dann auf einfache Weise ausgeschlossen worden, daß der Verschlußstopfen 8/2 aus Versehen eingesetzt wird. Darüber hinaus werden beim Vergleich der Fig. 3 und 4 bzw. 6 und 7 andere wesentliche Unterschiede deutlich. Der Verschlußstopfen 8/1 aus den Fig. 3 und 6 besitzt eine umfangs seitige Dichtnut 29 mit einem O-Ring 30 nahe an seinem Kopf 25 bzw. nahe der Ablaßöff nung 5, um zu verhindern, daß Kühlflüssigkeit über die Ablaßöffnung 5 entweichen kann. Im Bereich des Stopfens 31, am anderen Ende des Verschlußstopfens 8/1, der in der Nähe der Einströmöffnung 2 placiert ist, ist eine absolute Dichtheit nicht erforderlich bzw. die not wendige Dichtheit kann allein durch den Stopfen 31 in der Leitung 4 erreicht werden. Im Gegensatz dazu zeigen die Fig. 4 und 7, daß der Verschlußstopfen 8/2 eine Dichtnut 29 mit einem O-Ring 30 im Bereich seines Stopfens 31, weiter entfernt vom Kopf 25 des Ver schlußstopfens 8/2, aufweist. Dagegen ist am Kopf 25 selbst bzw. in der Ablaßöffnung 5 keine besondere Abdichtung erforderlich. Gleichzeitig ist auch verhindert, daß die Kühlflüs sigkeit durch die Abströmöffnung 6 abfließen kann, denn dort ist in diesem Fall - ohne Nie dertemperaturbereich - auch kein Getriebeölkühler angeschlossen. Die Wirksamkeit der ver schiedenen Verschlußstopfen 8/1 und 8/2 kann am besten durch die in den Fig. 6 und 7 ein gezeichneten Strömungspfeile 32 erkannt werden. Es sollte noch erwähnt werden, daß an die Abströmöffnung 6 anzuschließende Wärmetauscher, wie Getriebeölkühler, nicht gezeichnet wurden. In Fig. 1 ist der um diese Öffnung 6 angeordnete Stutzen 33 zu sehen, an den sich beispielsweise aus Kunststoff geformte Kanäle anschließen können, die zu dem besagten Wärmetauscher führen. In einem anderen Fall könnte der Wärmetauscher aber auch direkt auf diesen Stutzen 33 aufgesteckt sein.

Bezugszeichenliste

1 Wasserkühler
2 Einströmöffnung
3 Trennwand
4 Leitung
5 Ablaßöffnung
6 Abströmöffnung
7 Öffnung im Mantel der Leitung 4
8 Verschlußstopfen
8/1 Verschlußstopfen mit Niedertemperaturbereich
8/2 Verschlußstopfen ohne Niedertemperaturbereich
9 Leitungsdurchmesser von 4
10 Durchmesser des Stopfenträgers
11 Stopfen
12 Stirnwand des Sammelkastens
13 Längswand des Sammelkastens
14 Sammelkasten
15 Kühlnetz
16 Flachrohre
17 Lamellen
18 Kühlwassereintritt
19 Kühlwasseraustritt
20 Rohrböden
21 Stirnwand des Sammelkastens
22 Längswand des Sammelkastens
23 Nasen am Kopf des Verschlußstopfens
24 Schlitze in Ablaßöffnung
25 Kopf des Verschlußstopfens
26 Überstand
27 Rand der Ablaßöffnung
28 Teil eines Bauteiles
29 Dichtnut
30 O-Ring
31 Stopfen
32 Strömungspfeile
33 Stutzen an Abströmöffnung
34 Stopfenträger

Claims

1. Wärmetauscher, insbesondere Wasserkühler für ein Kraftfahrzeug, mit einem oder zwei auf gegenüberliegenden Seiten angeordneten, vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden Sammelkästen (14) mit Längs- und Stirnwänden, mit einem Kühlwassereintritt und einem Kühlwasseraustritt sowie mit einem Rohrboden, dessen Vielzahl von Öffnungen jeweils ein Rohr (16) aufnehmen sowie mit mindestens einer Trennwand (3) in einem Sammelkasten (14), die eine Ein strömöffnung (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Einströmöffnung (2) der Trennwand (3) eine Lei tung (4) anschließt, die zu einer Ablaßöffnung (5) und einer Abströmöffnung (6) führt so wie mindestens eine weitere Öffnung (7) aufweist und die einen eingesetzten Verschlußstopfen (8) aufweist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußstopfen (8/1) die Ablaßöffnung (5) und die Einströmöffnung (2) verschließt, derart, daß der Ver schlußstopfen (8/1) im Bereich der Ablaßöffnung (5) bzw. des Kopfes (25) mittels Dicht nut (29) und O-Ring (30) abdichtet, anschließend durch die Leitung (4) mit einem wesent lich unter dem Leitungsdurchmesser (9) liegenden Durchmesser (10) des Stopfenträgers (34) weitergeführt ist und am Ende einen Stopfen (11) zur Abdichtung der Einströmöff nung (2) trägt.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußstopfen (8/2) die Ablaßöffnung (5) und die Abströmöffnung (6) verschließt, derart, daß der Ver schlußstopfen (8/2) innerhalb der Leitung (4) mit einem wesentlich unter dem Leitungs durchmesser (9) liegenden Durchmesser (10) des Stopfenträgers (34) bis unterhalb der Öff nung (7) und oberhalb der Abströmöffnung (6) geführt ist und an dieser Stelle einen Stop fen (11) aufweist, der eine Dichtnut (29) mit einem O-Ring (30) zur Abdichtung der Lei tung (4) besitzt.

4. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (25) des Verschlußstopfens (8) verriegelbar ist.

5. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (25) des Verschlußstopfens (8) eingeschraubt ist.

6. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaßöffnung (5) vorzugsweise in einer Stirnwand (12), die Abströmöffnung (6) in einer Längswand (13) des Sammelkastens (14) des Wärmetauschers (1) angeordnet sind und die Öffnung (7) im Mantel der Leitung (4) zu den im Rohrboden (20) befindlichen Enden der Flachrohre (16) weist.