DE3816242C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Motorkühler für Kraftfahrzeuge mit einem zylindrischen Ringkühler gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Motorkühler ist aus der DE-OS 24 42 174 bekannt, in der ein Ringkühler mit einem Paar von Wassersammlern, die von einer Vielzahl von Wasserrohren verbunden sind, gezeigt ist. Zur Vergrößerung der Wärmeübergangsfläche sind diese mit Kühlrippen versehen. Die Kühlluft wird von einem koaxial in dem Ringkühler angeordneten Axialgebläse gefördert, wobei im Inneren des Ringkühlers Einrichtungen zur Umlenkung der Kühlluft angeordnet sind, so daß die Kühlluft vom Kühlgebläse koaxial angesaugt und radial durch den Kühlring gefördert wird. Der Ringkühler wird mit seiner Mittelachse parallel zur Fahrtrichtung angeordnet, so daß die Kühlwirkung im Fahrbetrieb im wesentlichen durch den Fahrtwind erzeugt wird. Durch die im Strömungsquerschnitt angeordneten Einbauten, wie bspw. die Umlenkeinrichtungen und das Axialgebläse wird der Fahrtwind mit hohem Druckverlust durch den Ringkühler geleitet und damit dessen Wirkungsgrad verringert. Zur Verbesserung der Kühlung muß daher eine ausreichende Wärmeübergangsfläche zur Verfügung gestellt werden, d. h. die axiale Länge des Ringkühlers muß vergrößert werden. Einerseits müssen bei Hochleistungsmotoren moderner Bauart Kühler mit hoher Kühlleistung vorgesehen werden, andererseits steht bei den modernen strömungsgünstigen Karosserien nur sehr wenig Platz für die Anordnung eines Kühlers zur Verfügung, so daß die Kühler in ihren Abmessungen sehr kompakt sein müssen. Diesen gegensätzlichen Anforderungen kann der Ringkühler gemäß der DE-OS 24 42 174 nicht genügen.

In der DE-OS 27 18 966 ist ein Kühler gezeigt, bei dem Kühlluft von einem koaxial zu einem Kühlring angeordneten Axialgebläse axial angesaugt, im Inneren des Kühlers umgelenkt und anschließend radial durch den Kühlring geführt wird. Mit einem derartigen Aufbau lassen sich die vorbeschriebenen Nachteile des gattungsgemäßen Motorkühlers nicht überwinden.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Motorkühler derart weiterzubilden, daß die Kühlleistung bei einer Verringerung des Platzbedarfs erhöht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Durch die erfindungsgemäße Anordnung zumindest eines Ringkühlers quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs wird der Motorkühler vom Fahrtwind quer zur Längsachse des Ringkühlers durchströmt. Die Wasserrohre sind direkt dem Fahrtwind ausgesetzt, so daß im Inneren des Motorkühlers keine Umlenkeinrichtungen vorgesehen werden müssen. Auf diese Weise wird bei einem einfacheren Aufbau der Strömungswiderstand für den Fahrtwind im Inneren des Kühlers wesentlich verringert und damit die Kühlleistung des Kühlers erhöht. Durch den Einbau des Motorkühlers quer zur Fahrtrichtung kann dieser platzsparend vor dem Motorblock angeordnet werden, wodurch bspw. bei einem Frontmotor, eine strömungsgünstige Ausgestaltung der Fahrzeugfront ermöglicht wird.

Eine besonders hohe Kühlleistung läßt sich mit der Weiterbildung gemäß Unteranspruch 6 erzielen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Motorkühlers;

Fig. 2 die Seitenansicht des in Fig. 1 dargestellten Motorkühlers;

Fig. 3 die Seitenansicht des erfindungsgemäßen Motorkühlers im eingebauten Zustand;

Fig. 4 und 5 Vorderansichten von abgewandelten Ausführungsformen des in Fig. 1 gezeigten Motorkühlers;

Fig. 6 die Vorderansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Motorkühlers;

Fig. 7 die Seitenansicht des in Fig. 6 dargestellten Motorkühlers;

Fig. 8 die Vorderansicht einer gegenüber derjenigen von Fig. 6 abgewandelten Ausführungsform eines Motorkühlers;

Fig. 9 die Seitenansicht des Motorkühlers aus Fig. 8;

Fig. 10 eine Draufsicht auf ein in einem Kraftfahrzeug angeordnetes drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsemäßen Motorkühlers;

Fig. 11 die Seitenansicht des Motorkühlers aus Fig. 10;

Fig. 12 und 13 Seitenansichten des Motorkühlers aus Fig. 10 mit abgewandelten Antriebseinrichtungen;

Fig. 14 eine Draufsicht auf ein in ein Kraftfahrzeug eingebautes viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Motorkühlers, und

Fig. 15 eine Draufsicht auf ein fünftes Ausführungsbeispiel des Motorkühlers gemäß der Erfindung im eingebauten Zustand.

Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Motorkühler 1 weist einen Ringkühler 6 mit einem oberen Wassersammler 2 sowie einem unteren Wassersammler 3, im folgenden Sammler 2, 3 genannt, auf, die durch eine Mehrzahl von ringförmig ausgebildeten Was­ serrohren 4 untereinander verbunden sind. Gewellte Kühlrippen oder Rippen 5 sind in einer Vielzahl zwischen den Wasser­ rohren 4 angeordnet. Ein Lüfterkragen 7 und ein Kühlgebläse 8 sowie 9 sind an der linken und rechten Stirnseite des Rippenkühlers bzw. Kühlerblocks 6 angeordnet, wobei die Kühl­ gebläse 8 und 9 durch ein Antriebsaggregat 10 über eine gemeinsame Antriebswelle 11 gedreht werden und Luft zur Außen­ seite hin fördern. In Abhängigkeit von der geforderten Luftmenge kann auch nur ein Kühlgebläse 8 und 9 an einer Stirnseite, d.h. links oder rechts vorgesehen werden. Für das An­ triebsaggregat 10 kommt ein Elektromotor, ein Hydraulik­ motor oder ein anderer Antrieb in Betracht, der jeweils im Kühlerblock 6 angeordnet ist.

Wenn die Wassertemperatur bei einem Stillstand (während des Leerlaufs) des Fahrzeugs ansteigt, werden die Kühlgebläse 8 und 9 durch das Antriebsaggregat 10 über die Antriebswelle 11 gedreht und fördern Luft zur Außenseite hin, wie durch die gestrichelten Pfeile in Fig. 1 angegeben ist, um den gewellten Rippen 5 Wärme zu entziehen. Wenn das Fahrzeug in Fahrt ist, strömt der Fahrtwind so, wie die Pfeile in Fig. 2 andeuten, und führt die Wärme von den gewellten Rippen 5 ab. In diesem Fall sind diejenigen Bauteile, die einen Strömungswiderstand ge­ genüber dem Fahrtwind hervorrufen, i. w. das Antriebs­ aggregat 10 und die Antriebswelle 11, so daß der Strömungswider­ stand sehr viel geringer als bei einer herkömmlichen Vor­ richtung ist.

Die Fig. 3 zeigt den Motorkühler 1, bzw. die Kühlereinheit, im eingebauten Zustand. Wie zu erkennen ist, kann der Außenumriß der Fahrzeugkarosserie längs der Kühlereinheit 1 niedriger ausgestaltet werden, wo­ durch auch der Luftwiderstandskoeffizient des Fahrzeugs gegenüber dem Stand der Technik in hohem Maß vermindert wird. In Fig. 3 ist der Motor mit 50 bezeichnet.

Mit den in Fig. 4 und 5 gezeigten Motorkühlern läßt sich eine weiter gesteigerte Kühlleistung erzielen, indem der von dem die zylindrischen Wasserrohre 4 und gewellten Rippen 5 umfassenden Kühlerblock 6 gebildete Raum für die Anordnung von Bauelementen ausgenutzt wird. Diese Motorkühler arbeiten in der gleichen Art und zeigen grundsätzlich dieselben Wirkungen wie der in Fig. 1 gezeigte Motorkühler.

Der Motorkühler 1 in Fig. 4 hat getrennte Wärmetau­ scher 21, z.B. einen Ölkühler, einen Kondensator, einen Zwischenkühler usw. im Kühlerblock 6, der die ringförmigen Wasserrohre 4 und die gewellten Rippen 5 umfaßt.

Bei dem in Fig. 5 gezeigten Motorkühler 1, dessen Antriebsaggre­ gat 10 durch einen Hydraulikmotor betrieben wird, sind an einem Hydraulikrohr 31 Strahlungs- oder Kühlrippen 32 angebracht.

Im Gegensatz zu dem in Fig. 1 gezeigten Motorkühler weist der Motorkühler von Fig. 6 und 7 Sammler 2 und 3 auf, die an beiden Stirnseiten des Kühlerblocks d.h. links und rechts, ringförmig ausgestaltet sind.

Beide Sammler 2 und 3 sind durch eine Vielzahl von Was­ serrohren 4 und eine Vielzahl von zwischen diesen angeordneten gewellten Rippen 5 verbunden. Die Kühlgebläse 8 und 9 werden durch das Antriebsaggregat 10 über die Antriebswelle 11 gedreht und fördern Luft durch die Innenbereiche der Sammler 2 und 3. zur jeweiligen Außenseite des Kühlerblocks hin. Die Kühlgebläse 8 und 9 können in Abhängig­ keit von der geforderten Luftmenge an nur einer Stirn­ seite vorgesehen sein. Das Antriebsaggregat 10 hat einen Elektromotor, einen Hydraulikmotor oder einen ande­ ren Motor und ist im die Wasserrohre 4 sowie die gewellten Rippen 5 umfassenden Kühlerblock 6 aufgenommen.

Wenn bei dieser Ausführungsform die Wassertemperatur wäh­ rend eines Stillstands (während eines Leerlaufs) des Fahr­ zeugs ansteigt, werden die Kühlgebläse 8 und 9 durch das Antriebsaggregat 10 über die Antriebswelle 11 gedreht und erzeugen einen Luftstrom zur Außenseite des Kühlerblocks 6 hin, wie in Fig. 6 durch die gestrichelten Pfeile angedeutet ist, wobei den gewellten Rippen 5 Wärme entzogen wird. Im Fahrzustand des Fahrzeugs strömt der Fahrtwind so, wie durch die gestri­ chelten Pfeile in Fig. 7 angegeben ist, und führt die Wärme von den gewellten Rippen 5 ab. In diesem Fall sind i.w. das Antriebsaggregat 10 sowie die Antriebswelle 11 diejenigen Teile, die einen Strömungswiderstand gegenüber dem Fahrtwind er­ zeugen, so daß der Strömungswiderstand im Vergleich zu einem her­ kömmlichen System wesentlich verringert wird.

Wie Fig. 7 zeigt, ist es möglich, die Kühlleistung der Kühlereinheit 1 weiter zu steigern, indem ein Kanal 20 im Fahrzeugaufbau vorgesehen und die Kühlerein­ heit 1 in diesem Kanal 20 aufgenommen wird, so daß dieser wie Strahlungsrippen wirkt.

Der in Fig. 8 und 9 gezeigte Motorkühler ist mit einem getrennten Wärmetauscher 21 (beispielsweise ein Ölkühler, Kondensator usw.) versehen, der dem von den Wasserrohren 4 sowie den gewellten Rippen 5 gebildeten Kühlerblock 6 angeordnet ist. Falls als Antriebsaggregat ein Hydraulikmotor verwendet wird, werden an den Hydraulikrohren 31 Strahlungsrippen 32a angebracht. Der Wärmetauscher 21 ist im Kanal 20 aufgenommen, welcher mit Strahlungsrippen 32b ausgestattet ist, um den Raum im Kühlerblock 6 zu nutzen.

Der in den Fig. 10-12 gezeigte Motorkühler hat einen Kühlkondensator 101 mit einem linken und rechten Samm­ lerrohr 102, die bogenförmig ausgebildet sind, eine Mehr­ zahl von Kühlkondensatorrohren 103, die das linke und rechte Sammlerrohr 102 verbinden, und eine Mehrzahl von durch Schweißen an jedem Kühlkondensatorrohr 103 befe­ stigten Strahlungsrippen 104.

Der Kühler 110 umfaßt wie der oben erwähnte Kühlkonden­ sator 101 ein linkes und rechtes, bogenförmig ausgebil­ detes Sammlerrohr 111, eine Mehrzahl von diese beiden Sammlerrohre 111 verbindenden Kühlerrohren 112 und eine Mehrzahl von an jedem Kühlerrohr 112 durch Schweißen be­ festigten Strahlungsrippen 104.

Die ringförmige Wärmetauschereinheit, d. h. der Kühlerblock 120 des Motorkühlers wird durch Verbinden der beiden Stirnflächen 102a sowie 102b des linken und rechten Sammlerrohres 102 sowie der beiden Stirnflächen 111a und 111b des linken und rechten Sammlerrohres 111, bspw. durch einen Schweiß- oder Verschrau­ bungsvorgang od. dgl., gebildet. Die Innenflächenbereiche 121 und 122, die in der axialen Richtung nach links und rechts hin öffnen, werden als ein Lüfterkragen oder Leitmantel ausgebildet. Der Kühlerblock 120 wird in der Links-/Rechts­ richtung des Fahrzeugs eingebaut, so daß dessen Mittelach­ se rechtwinklig zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs ver­ läuft.

Die Kühlgebläse 131 und 132 sind in die Innenflächenbe­ reiche 121 und 122 an den beiden Stirnseiten der Wärme­ tauschereinheit 120 eingesetzt und werden durch das An­ triebsaggregat 134 über die Antriebswelle 133 angetrieben. Als Antriebsaggregat kommt ein Elektromotor, ein Hydraulikmotor oder ein von der Maschine 160 über einen Riemen 135 (Fig. 12) getriebener Motor in Betracht. Um die Menge an Kaltluft entsprechend den jeweiligen Anforderungen zu steuern können mehrere Antriebsaggregate vorgesehen werden. Ferner kann das Kühlgebläse 131 oder 132 an nur einer der Stirnseiten vorgesehen sein, wobei dann die an­ dere Stirnseite, d. h. der Innenflächenbereich 121 bzw. 122 geschlossen wird.

Bei dieser Anordnung werden die Kühlgebläse 131 und 132 durch das Antriebsaggregat 134 getrieben, wenn das Fahr­ zeug stillsteht (d.h. während eines Leerlaufs), und die kalte Luft strömt durch die Lüfterkragen im Innenflächenbereich 121 sowie 122, wie in Fig. 10 durch gestrichelte Pfeile angedeutet ist, um den Kühlkondensator 101 und den Kühler 110 zu kühlen.

Im Fahrzustand des Fahrzeugs strömt der Fahrtwind ent­ sprechend den gestrichelten Pfeilen in Fig. 11, so daß der Kühlkondensator 101 und der Kühler 110 gekühlt wer­ den. Der dem Fahrtwind entgegengesetzte Strömungswiderstand wird i.w. durch das Antriebsaggregat 134 und die Antriebs­ welle 133 hervorgerufen, so daß der Strömungswiderstand im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich herabgesetzt wer­ den kann. Die Fig. 12 zeigt auch eine Kaltluft-Leitplat­ te 136 und den Motor 160. Die Kühlwirkung kann noch weiter verbessert werden, indem die Kaltluft unter Verwendung der Kaltluft-Leit­ platte 136 eingeleitet wird.

Die Fig. 13 zeigt eine Anordnung, wobei der Kühlerblock oder Ringkühler durch eine Kombination eines Zwischenkühlers, Ölkühlers usw. zusätzlich zum Kühlkondensator 101 und zum Kühler 111 gebildet wird. Hierbei weisen der Kühlkonden­ sator 101, der Kühler 110 und ein Zwischen- oder Ölküh­ ler 140 eine bogenförmige Gestalt jeweils auf, wobei die zylindrische Wärmetauschereinheit durch ein Zusammenfas­ sen und Integrieren dieser drei Bauteile 101, 110 und 140 gebildet wird. Als Antriebsaggregat 134 kommt ein Hydrau­ likmotor zur Anwendung, der mit dem mit Strahlungsrippen versehenen Hydraulikrohr 137, mit dem Hydraulikventil 138 und der Hydraulikpumpe 139 verbunden ist. Die Hydraulik­ pumpe 139 ist mittels des Riemens 135 an die Maschine 160 gekoppelt.

Bei der in Fig. 14 gezeigten Anordnung sind die Kühlge­ bläse 131 und 132 in die Innenflächenbereiche 121 und 122 an der linken sowie rechten Seite der Wärmetauscherein­ heit 120 eingebaut und jeweils direkt mit einer Antriebs­ welle 133 und einem Antriebsaggregat 134 verbunden. Da die Temperatur des in der Wärmetauschereinheit 120 fließen­ den Kühlmittels einen Unterschied zwischen dem Kühlmittel­ einlaß und dem Kühlmittelauslaß aufweist, sind diese Kühlgebläse 131 und 132 so ausgelegt, daß die Fördermenge des auf der Auslaßseite des Kühlmittels befindlichen Kühlgebläses 131 geringer ist als die Fördermenge des an der Einlaßseite des Kühlmittels befindlichen Kühlgeblä­ ses 132, indem der wirksame Durchmesser des Kühlgebläses 131 an der Auslaßseite kleiner ausgebildet ist als der wirksame Durchmesser des Kühlgebläses 132 auf der Einlaßseite des Kühlmittels. Auch kann die Fördermenge des Kühlgebläses 131 kleiner als diejenige für das Kühlgebläse 132 gehalten werden, indem die Drehzahl des Kühlgebläses 131 auf der Auslaßseite ge­ ringer ist als die Drehzahl des Kühlgebläses 132 auf der Einlaßseite des Kühlmittels.

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Kühlgebläse 131 und 132 jeweils durch eine eigene Antriebswelle 133 und ein eige­ nes Antriebsaggregat 134 betrieben, wenn das Fahrzeug im Stillstand (im Leerlauf) ist. Kaltluft strömt durch die Innenflächenbereiche oder Lüfterkragen 121 und 122, wie in Fig. 14 durch gestrichelte Pfeile angedeutet ist, um den Kühlerblock 120, der den Kühlkondensator 101 und den Kühler 110 einschließt, zu kühlen. Dabei ist die Fördermenge des Kühlgebläses 131 geringer als die Fördermenge des Kühlgebläses 132, so daß eine optimale, an die Erfordernisse angepaßte Luftmenge gefördert wird.

Bei der in Fig. 15 gezeigten Anordnung sind die Strah­ lungsrippen 104 in der Nähe der Kühlgebläse 131 sowie 132, die in die Innenflächenbereiche 121 sowie 176 des Kühlerblocks 120 eingesetzt sind mit einem geringeren Abstand zueinander angeordnet als die im mittleren Teil des Kühlerblocks 120 vor­ gesehenen Strahlungsrippen 104. Diese Anordnung hat den Zweck, die kalte Luft in der Nachbarschaft der Kühlgeblä­ se 131 und 132 wirksam zu nutzen.

Die zylindrische Wärmetauschereinheit 120 wird durch Ver­ binden der beiden Stirnflächen 102a sowie 102b der Samm­ lerrohre 102 des Kühlkondensators 101 mit den beiden Stirnflächen 111a sowie 111b der Sammlerrohre 111 des Kühlers 110 durch einen Schweißvorgang oder durch eine Verbindung durch Schrauben od. dgl. gebildet. Hierbei werden die Innenflächenbereiche 121 und 176, die zum lin­ ken und zum rechten Ende in der axialen Richtung offen sind, als Leit- oder Lüfterkragen ausgebildet. Die Wärme­ tauschereinheit 120 wird in der Links-/Rechtsrichtung des Fahrzeugs eingebaut, so daß ihre Mittelachse rechtwinklig zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs liegt, und sie wird in Fahrtrichtung vor dem Motor 160 angeordnet. Die Kühlgebläse 131 sowie 132 werden innerhalb der Innenflächenbereiche 121 und 176 auf der linken und rechten Stirnseite der Wärmetauscherein­ heit 120 angeordnet und durch das Antriebsaggregat 134 über die gemeinsame Antriebswelle 133 angetrieben.

Bei dieser Ausführungsform werden die Kühlgebläse 131, 132 durch das Antriebsaggregat 134 angetrieben, wenn das Fahrzeug stillsteht (während des Leerlaufs), und kalte Luft strömt durch die Lüfterkragen 121 und 176, wie durch die gestrichelten Pfeile in Fig. 15 angedeutet ist, um den Kühlkondensator 101 und den Kühler 110 zu kühlen. Die kalte Luft wird wirksam durch die Strahlungsrippen 104, die in der Nähe der Kühlgebläse 131, 132 mit geringem Abstand zueinander angeordnet sind, gekühlt.

Claims (8)

1. Motorkühler für Kraftfahrzeuge mit einem zylindrischen Ringkühler, der zwei Wassersammler, die durch eine Vielzahl von Wasserrohren verbunden sind, und diesen zugeordnete Kühlrippen beinhaltet, und mit einem an einer Stirnseite des Ringkühlers angeordneten Kühlgebläse, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkühler (1) mit seiner Längsachse quer zur Fahrtrichtung angeordnet ist, wobei die durch die Kühlrippen (5, 104) gebildeten Kanäle zur Kühlluftführung im wesentlichen parallel zum Fahrtwind angeordnet sind.

2. Motorkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrippen (5) gewellt sind.

3. Motorkühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Stirnseite des Ringkühlers (1) ein Kühlgebläse (8, 9, 131, 132) angeordnet ist.

4. Motorkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wassersammler (2, 3, 102, 111) jeweils bogenförmig ausgebildet und an beiden Stirnseiten des Ringkühlers (1) angeordnet sind und daß die Wasserrohre (4, 103, 112) parallel zur Längsachse des zylindrischen Ringkühlers (1) verlaufen.

5. Motorkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß einer (2) der Wassersammler (2, 3) am oberen Teil und der andere (3) der Wassersammler am unteren Teil des Ringkühlers (1) angeordnet ist und die Wasserrohre (4) bogenförmig ausgebildet sind.

6. Motorkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkühler (1) durch Zusammenfassen einer Vielzahl von bogenförmigen, mehrere bogenförmige Rohrkörper (102, 111) aufweisenden Einheiten, einer Vielzahl von geradlinig ausgestalteten, die bogenförmigen Rohrkörper verbindenden Rohren (103, 112) und einer Mehrzahl von an den Rohren befestigten Kühlrippen (104) gebildet ist.

7. Motorkühler nach Anspruch 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das kühlmitteleinlaßseitig angeordnete Kühlgebläse (132) eine gegenüber dem kühlmittelauslaßseitig angeordneten Kühlgebläse (131) niedrigere Gebläseleistung hat.

8. Motorkühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in Mehrzahl vorhandenen Kühlrippen (104) mit ungleichen Abständen zueinander angeordnet sind, wobei die Abstände im an das Kühlgebläse (131, 132) angrenzenden Bereich geringer sind als die Abstände im vom Kühlgebläse (131, 132) entfernteren Bereich.