DE4141015C2 - Kühler für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kühler für eine Brennkraftmaschine mit
einem aus einer Anzahl von in gegenseitigem Parallelabstand angeordneten Platten gebildeten Strahlungskörper, einer Anzahl von den Strahlungskörper in zur Ebene der Platten im wesentlichen lotrechter Richtung durchsetzenden Rohren, welche in einer Sammelkammer zunächst einer an einem Ende des Strahlungskörpers angeordneten Platte ausmünden,
einem die Sammelkammer zusammen mit der am Ende angeordneten Platte begren­ zenden, die Form einer länglichen Wanne aufweisenden Kunststoffkörper, welcher an der am Ende angeordneten Platte befestigt ist,
einer im Inneren des wannenförmigen Körpers angeordneten Trennwand, welche die Sammelkammer in eine einen Einlaßanschluß für eine Kühlflüssigkeit der Brennkraftma­ schine aufweisende Einlaßkammer und eine einen Auslaßanschluß für die Kühlflüssig­ keit aufweisende Auslaßkammer unterteilt, einem mit der Sammelkammer strömungs­ verbundenen Ausdehnungsgefäß, welcher einen mit dem wannenförmigen Körper ver­ bundenen Kunststoffkörper aufweist, und
einer für die Entgasung der über den Kühler umgewälzten Flüssigkeit bestimmten Lei­ tung, welche ein in der Sammelkammer ausmündendes erstes Ende und ein im Aus­ dehnungsgefäß ausmündendes zweites Ende aufweist.

Ein Kühler der vorstehend angegebenen Art ist z. B. in den Fig. 3 und 4 der Druck­ schrift FR 2 514 484 A1 abgebildet. Der bekannte Kühler hat einen als Wärmetauscher wirksamen, aus einem Plattenstapel gebildeten Strahlungskörper, eine im Formpreß- oder Spritzgußverfahren einstückig mit einem Ausdehnungsgefäß geformte erste Sammelkammer, deren Innenraum durch eine quer ver­ laufende Trennwand in zwei in gegenseitiger Verlängerung angeordnete Kammern unterteilt ist, welche im Einbau­ zustand übereinander liegen, und eine zweite Sammelkammer, welche in Bezug auf den Kühler insgesamt symmetrisch zur Ersten angeordnet ist.

Die Kühlflüssigkeit der Brennkraftmaschine fließt zunächst in die obere Teilkammer der ersten Sammelkammer, von welcher aus sie durch einen oberen Abschnitt des Wärme­ tauschers in die zweite Sammelkammer strömt. Von dieser aus durchströmt die Kühlflüssigkeit einen unteren Abschnitt des Wärmetauschers und gelangt in die untere Teilkammer der ersten Sammelkammer, von welcher aus sie wieder der Brennkraftmaschine zufließt.

Die Flüssigkeit durchströmt den Wärmetauscher also entlang einem U-förmig in der Ebene des Wärmetauschers verlaufenden Strömungsweg und wird dabei durch den den Wärmetauscher durchsetzenden Strom relativ kühler Luft teilweise abge­ kühlt.

Bei diesem bekannten Kühler sind sowohl in der oberen als auch in der unteren Teilkammer der ersten Sammelkammer der Entgasung der Kühlflüssigkeit dienende Leitungen vor­ gesehen, welche über entsprechende Bohrungen mit dem Ausdehnungsgefäß strömungsverbunden sind.

Bekannt sind ferner nach dem sogenannten Gegenstromprinzip arbeitende, beispielsweise in Klimageräten verwendete Wärmetauscher, bei denen die Kühlflüssigkeit einen in einer zur Ebene des Wärmetauschers lotrecht verlaufenden, U-förmigen Strömungsweg durchfließt.

In diesem Falle durchströmt die vom Motor kommende, warme Kühlflüssigkeit zunächst einen dem Kühlluftstrom nicht direkt ausgesetzten ersten Schenkel des U-förmigen Strömungswegs, worauf dann die bereits teilweise abgekühlte Flüssigkeit den an der gegenüberliegenden Seite des Kühlers verlaufenden zweiten Schenkel des Strömungswegs durch­ fließt. Mit dieser Anordnung ist ein beträchtlich wirk­ samerer Wärmeaustausch erzielbar als mit anderen Arten von Wärmetauschern.

Bei der Konstruktion von Kühlern für Kraftfahrzeuge ist als weiterer wichtiger Aspekt zu berücksichtigen, daß ein solcher Kühler mit einer Kühlflüssigkeit arbeiten soll, welche keinerlei Gasbläschen oder gelöste Gase enthalten darf. Gewöhnlich sind jedoch derartige Gasbläschen wenn auch in geringer Menge vorhanden. Es handelt sich dabei um Verbrennungsgase, die aufgrund von kaum vermeidbaren Undichtigkeiten der Zylinderkopfdichtung entweichen. Der Übertritt derartiger Gasbläschen in die Kühlflüssigkeit wird durch die beim Kompressions- und beim Verbrennungshub im Motor erzeugten hohen Drücke begünstigt. Dabei sind in der Kühlflüssigkeit zunächst mikroskopisch kleine Bläschen vorhanden, welche sich dann bei Abnahme des Drucks der Flüssigkeit, beispielsweise im Inneren des Kühlers, aus­ zudehnen beginnen. Diese Gasbläschen sind dann verantwort­ lich für gewisse schädliche Erscheinungen, z. B. die Bildung von punktuellen Überhitzungen im Motor aufgrund der unterschiedlichen Wärmekapazität der Gasbläschen relativ zur Flüssigkeit, oder das Auftreten von Kavitation im Bereich der Pumpe des Kühlmittelkreislaufs. Zur Vermei­ dung solcher abträglicher Erscheinungen ist der Kühler vorzugsweise mit einer Entgasungseinrichtung zu versehen, welche die Ausscheidung von in der Kühlflüssigkeit gelös­ ten Gasen ermöglicht. In den meisten Fällen wird zu diesem Zweck ein durch Ansaugwirkung im Ausdehnungsgefäß erzeugter Unterdruck genutzt, d. h. ein unter dem im Kühlmittelkreis­ lauf herrschenden Überdruck liegender Druck.

Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines einen relativ einfachen Aufbau aufweisenden Kühlers, welcher einen wirksamen Wärmeaustausch gewährleistet und mit einem wirksamen System für die Entgasung der Kühlflüssigkeit versehen ist.

Bei einem Kühler der eingangs genannten Art ist dieses Ziel gemäß der Erfindung da­ durch erreicht, daß die genannte Trennwand in Längsrichtung des wannenförmigen Körpers angeordnet ist, daß die den Strahlungskörper durchsetzenden Rohre U-förmig sind und jeweils mit ihren beiden Enden in der Sammelkammer ausmünden, und daß die Leitung für die Entgasung der Kühlflüssigkeit ein Rohr ist, welches mit seinem ersten Ende im Bereich der Trennwand derart angeordnet ist, daß es sowohl mit der Einlaß­ kammer als auch mit der Auslaßkammer der Sammelkammer in Strömungsverbindung steht.

Der durch die Erfindung erzielbare hauptsächliche Vorteil besteht im wesentlichen darin, daß der einen solchen Aufbau aufweisende Kühler nur einen einzigen wannenförmigen Körper hat und deshalb sehr kompakt baut, daß er nach dem Gegenstromprinzip arbei­ tet und mit einfachen Mitteln eine wirksame Entgasung gewährleistet.

Im folgenden ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeich­ nung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Schrägansicht eines Kühlers gemäß der Er­ findung,

Fig. 2 eine im Schnitt dargestellte Frontansicht des Kühlers nach Fig. 1 in größerem Maßstab,

Fig. 3 eine Ansicht in Richtung der Pfeile III in Fig. 2,

Fig. 4, 5, 6 und 7 Schnittansichten entsprechend den Pfeilen IV, V, VI bzw. VII in Fig. 1,

Fig. 8 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles VIII in Fig. 2,

Fig. 9 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht in Richtung der Pfeile IX in Fig. 8,

Fig. 10 eine schematische Darstellung der Wirkungsweise des Kühlers gemäß der Erfindung,

Fig. 11 eine Ansicht in Richtung der Pfeile XI in Fig. 2,

Fig. 12 eine in vergrößertem Maßstab dargestellte Einzel­ heit aus Fig. 11, und

Fig. 13 eine in vergrößertem Maßstab dargestellte Schnitt­ ansicht in Richtung der Pfeile XIII in Fig. 2.

Ein in Fig. 1 der Zeichnung in seiner Einbaustellung gezeigter Kühler 1 hat einen Strahlungskörper 2 aus einer Vielzahl von in gegenseitigem Parallelabstand angeordneten Platten 3, welche von einer Anzahl von insgesamt mit 4 bezeichneten U-förmigen Rohren durchsetzt sind.

Jedes Rohr 4 hat einen Vorlaufschenkel 5 und einen zu diesem parallelen Rücklaufschenkel 6, welche an einem Ende über einen halbkreisförmigen Rohrkrümmer 7 miteinander verbunden sind. Wie man insbesondere auch in Fig. 8 erkennt, verlaufen die Schenkel 5 und 6 jedes Rohrs 4 in verschiedener Höhe, so daß die Ebenen der einzelnen U-förmigen Rohre 4 gegenüber der Waagerechten geneigt und zueinander parallel liegen.

Eine an der den Rohrkrümmern 7 gegenüberliegenden Seite angeordnete Sammelkammer 8 ist durch einen länglich­ wannenförmigen Körper 9 aus Kunststoff begrenzt, welcher durch eine sich in seiner Längsrichtung erstreckende Trennwand 10 in eine Einlaßkammer 11 und eine sich parallel zu dieser senkrecht erstreckende Auslaßkammer 12 unter­ teilt ist.

Die Endstücke 13 der Vorlaufschenkel 5 aller Rohre 4 münden in der Einlaßkammer 11 aus, während die Endstücke 14 der Rücklaufschenkel 6 aller Rohre 4 in der Auslaßkammer 12 ausmünden.

Die Einlaßkammer 11 sowie die Auslaßkammer 12 sind jeweils mit einem Einlaß- bzw. Auslaßanschluß 15, 16 versehen.

Eine an einem Ende des Strahlungskörpers 2 liegende Platte 3a bildet den Abschluß der Sammelkammer 8 unter Zwischen­ lage einer Dichtung 10a (siehe insbesondere Fig. 2, 13).

Die Rohre 4 sind durch einen bei der Fertigung des Strah­ lungskörpers vorgenommenen Bördelschritt gegenüber der Endplatte 3a sowie gegenüber allen übrigen Platten 3 des Körpers 2 festgelegt. Dabei werden die Rohre jeweils um ein kleines Stück aufgeweitet, so daß sie in Anlage an den Rändern von in den Platten 3 und 3a ausgebildeten Bohrungen kommen.

Ein Durchlaß 17 (Fig. 2, 7, 10) verbindet die Auslaßkammer 12 mit einem Ausdehnungsgefäß 18, welches im Formpreß- oder Spritzgußverfahren einstückig mit dem wannenförmigen Körper 9 geformt ist.

Ein oberer Endbereich der Sammelkammer 8 ist über einen Stutzen 19 (Fig. 2, 4, 10) mit einem oberen Endbereich des Ausdehnungsgefäßes 18 strömungsverbunden. In den Stutzen 19 ist ein Rohrstück 20 für die Entgasung der Kühlflüssig­ keit eingesetzt. Das Rohrstück 20 hat ein Ende 21, welches derart in der Sammelkammer 8 ausmündet, daß es gleicher­ maßen mit der Einlaßkammer 11 und der Auslaßkammer 12 in Strömungsverbindung steht. Die Ausmündung des anderen Endes 22 des Rohrstücks 20 liegt unterhalb des Spiegels der im Ausdehnungsgefäß 18 enthaltenen Flüssigkeit, wobei das Ausdehnungsgefäß 18 nahe dem genannten Ende 22 eine senkrechte Wand 23 aufweist (Fig. 2, 6), welche der Ablenkung von aus dem Rohrende 22 austretenden Gasbläschen dient.

Das obere Ende des Ausdehnungsgefäßes 18 ist durch einen Deckel 24 aus im wesentlichen durchsichtigem Kunststoff verschlossen, welcher es ermöglicht, den Kühlflüssigkeits­ stand innerhalb des Kühlers zu kontrollieren.

Vorgesehen ist auch die Möglichkeit, das Ausdehnungsgefäß 18 mit einem (nicht gezeigten) Fühler für die Kontrolle des Kühlflüssigkeitsstands zu versehen, welcher dann mit einem Anzeigeelement am Armaturenbrett des Fahrzeugs verbunden sein kann.

Der Deckel 24 hat einen schräg aufwärts gerichteten Ansatz 24a, dessen freies Endstück 24b ein Gewinde zum Auf­ schrauben einer (nicht gezeigten) Verschlußkappe hat.

Ein (nicht dargestellter) Temperaturfühler findet Aufnahme in einer an der Seite der Auslaßkammer 12 im wannen­ förmigen Körper 9 ausgebildeten Fassung 25 und dient dazu, die Temperatur der Kühlflüssigkeit beim Austritt aus dem Kühler zu melden.

An der der Sammelkammer 8 gegenüberliegenden Seite des Strahlungskörpers 2 ist der Kühler mit einem Abdeckelement 26 zum Schutz der Rohrkrümmer 7 versehen. Das Abdeck­ element 26 ist einstückig aus Kunststoff geformt und dient hauptsächlich dem Zweck, die Rohrkrümmer 7 beim Transport und bei der Montage des Kühlers zu schützen.

Wie man in Fig. 2, 8, 9, 11 und 12 erkennt, hat das Abdeckelement 26 an der Innenseite eine Anordnung von ein­ ander paarweise gegenüberstehenden elastischen und starren Stegen 29a bzw. 29b, welche dazu dienen, das Abdeck­ element 26 abnehmbar an den Rohrkrümmern 7 festzuhalten. Dazu sind die Stegpaare 29a, 29b in Ebenen angeordnet, welche die gleiche Neigung aufweisen wie die der Rohre 4.

Die freien Randbereiche 30 der elastischen Stege 29a sind mit einem solchen Profil versehen, daß sie in der inneren Krümmung der Rohrkrümmer 7 einrasten. Die elastischen Stege 29a durchsetzende Paare von Schlitzen 31 verleihen den profilierten Randbereichen 30 eine ausreichende Flexibilität, daß sie in Rasteingriff mit den Rohrkrümmern 7 gebracht werden können.

Sowohl das Abdeckelement 26 als auch der wannenförmige Körper 9 haben vorstehen­ de Teile 27 für die Befestigung einer (nicht gezeigten) Halterung für einen Kühlerventila­ tor, sowie an der Unterseite hervorstehende Verbindungselemente 28 für die Befesti­ gung des Kühlers auf einem (nicht gezeigten) Rahmen od. dergl.

In einer abgewandelten Ausführungsform kann das Abdeckelement 26 auch einstückig mit einer Halterung für einen Kühlerventilator ausgebildet sein.

Im Betrieb fließt die Kühlflüssigkeit des Motors dem Kühler in Richtung der Pfeils A und den Einlaßanschluß 15 zu (Fig. 1 und 10). Von der Einlaßkammer 11 aus durchströmt die Kühlflüssigkeit dann in Richtung des Pfeils B die U-förmigen Rohre 4 und gelangt in die Auslaßkammer 12. Dabei strömt die Flüssigkeit zunächst entlang der Rückseite und danach entlang der Vorderseite des Kühlers. Die Richtung des den Kühler dabei durch­ setzenden Kühlluftstroms ist durch den Pfeil E in Fig. 1 angedeutet. Gasbläschen in fei­ ner Verteilung enthaltene Anteile der Kühlflüssigkeit steigen sowohl in der Einlaßkam­ mer 11 als auch in der Auslaßkammer 12 der Sammelkammer 8 aufwärts und fließen dann aufgrund des im Ausdehnungsgefäß 18 herrschenden niedrigeren (atmosphärischen) Drucks in Richtung der Pfeile D in Fig. 10 dem Rohrstück 20 zu, um an dessen Ende 22 auszutreten. Nahe diesem Ende findet dann die Abscheidung der Glasbläschen statt, welche sich aufgrund des im Ausdehnungsgefäß 18 herrschenden niedrigeren Drucks ausdehnen und durch die Wand 23 aufwärts abgelenkt werden. Die so entgaste Kühlflüssigkeit gelangt dann über den Durchlaß 17 und den Auslaßan­ schluß 16 wieder in den Kühlmittelkreislauf.

Der in die Sammelkammer fließende und dabei von Gasbläschen freie Anteil der Kühl­ flüssigkeit strömt in der durch den Pfeil B angedeuteten Richtung und gelangt dann über den Auslaßanschluß 16 wieder in den Kühlmittelkreislauf des Motors.

Die Erfindung ist nicht auf Einzelheiten des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels beschränkt, sondern erlaubt die verschiedensten Abwandlungen derselben. So kann z. B. der auf das Ausdehnungsgefäß 18 gesetzte Deckel 24 wahlweise aufgeschweißt, aufgeklebt oder in irgend einer anderen bekannten Weise auf dem Ausdehnungsgefäß 18 befestigt sein.

Claims (9)

1. Kühler für eine Brennkraftmaschine, mit

• - einem aus einer Anzahl von in gegenseitigem Parallelabstand angeordneten Platten (3) gebildeten Strahlungskörper (2),
• - einer Anzahl von den Strahlungskörper (2) in zu den Ebenen der Platten (3) im wesentlichen lotrechter Richtung durchsetzenden Rohren (4), welche in einer Sammelkammer (8) zunächst einer an einem Ende des Strahlungskörpers (2) angeordneten Platte (3a) ausmünden,
• - einem die Sammelkammer (8) zusammen mit der am Ende angeordneten Platte (3a) begrenzenden, die Form einer länglichen Wanne aufweisenden Kunststoffkörper (9), welcher an der am Ende angeordneten Platte (3a) befestigt ist,
• - einer im Inneren des wannenförmigen Körpers (9) angeordneten Trennwand (10), welche die Sammelkammer (8) in eine einen Einlaßanschluß (15) für eine Kühlflüssigkeit der Brennkraftmaschine aufweisende Einlaßkammer (11) und eine einen Auslaßanschluß (16) für die Kühlflüssigkeit aufweisende Auslaßkammer (12) unterteilt,
• - einem mit der Sammelkammer (8) strömungsverbundenen Ausdehnungsgefäß (18), welches einen mit dem wannenförmigen Körper (9) verbundene Kunststoffkörper aufweist, und
• - einer für die Entgasung der über den Kühler (1) umgewälzten Kühlflüssigkeit bestimmten Leitung welche ein in der Sammelkammer (8) ausmündendes erstes Ende (21) und ein im Ausdehnungsgefäß (18) ausmündendes zweites Ende (22) aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Trennwand (10) in Längsrichtung des wannenförmigen Körpers (9) angeordnet ist,
daß die den Strahlungskörper (2) durchsetzenden Rohre (4) U-förmig sind und jeweils mit ihren beiden Enden (13, 14) in der Sammelkammer (8) ausmünden, und
daß die Leitung für die Entgasung der Kühlflüssigkeit ein Rohr (20) ist, welches mit seinem ersten Ende (21) im Bereich der Trennwand (10) derart angeordnet ist, daß es sowohl mit der Einlaßkammer (11) als auch mit der Auslaßkammer (12) der Sammelkammer (8) in Strömungsverbindung steht.

2. Kühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die U-förmigen Rohre (4) jeweils einen geradlinigen Vorlaufschenkel (5) und einen zu diesem parallelen, geradlinigen Rücklaufschenkel (6) aufweisen, sowie einen die beiden Schenkel (5, 6) miteinander verbindenden Rohrkrümmer (7), welcher aus einer Platte (3a) am der Sammelkammer (8) gegenüberliegenden Ende des Strahlungskörpers (2) hervorsteht, und daß der Kühler ferner ein die Rohrkrümmer (7) schützendes Abdeckelement (26) aufweist, welches mittels lösbarer Verbindungsteile (29a, 29b, 30) abnehmbar an den Rohrkrümmern (7) befestigt ist.

3. Kühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsteile elastische Stege (29a) und diesen zugeordnete starre Stege (29b) aufweisen und einstückig mit dem Abdeckelement (26) ausgebildet sind, wobei die elastischen Stege (29a) jeweils einen profilierten Abschnitt (30) aufweisen, mittels dessen das Abdeckelement (26) an wenigstens einem Rohrkrümmer (7) verrastbar ist.

4. Kühler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdeckelement (26) einstückig aus Kunststoff geformt ist.

5. Kühler nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die U-förmigen Rohre (4) in zueinander parallelen und in bezug auf die durch die innere Trennwand (10) des wannenförmigen Körpers (9) definierte Richtung geneigt verlaufenden Ebenen liegen, und daß die Stege (29a, 29b) des Abdeckelements (26) in gleichermaßen parallelen und geneigten Ebenen liegen.

6. Kühler nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdeckelement (26) einstückig mit einer Halterung für einen Kühlerventilator geformt ist.

7. Kühler nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der wannenförmige Körper (9) und das Abdeckelement (26) Einrichtungen (27) für die Befestigung einer Halterung für einen Kühlerventilator aufweisen.

8. Kühler nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der wannenförmige Körper (9) sowie das Abdeckelement (26) mit Einrichtungen (28) für die Befestigung des Kühlers (1) an einer Trageinrichtung versehen sind.

9. Kühler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Ausdehnungsgefäß (18) ein Deckel (24) aus im wesentlichen durchsichtigem Kunststoff aufgesetzt ist, welcher einen Ansatz (24a) für einen Verschluß aufweist.