DE4205234C2 - Wärmetauscher, insbesondere für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein Wärmetauscher der gattungsgemäßen Bauart ist aus der DE-OS 32 04 381 bekannt. Der beschriebene Wärmetauscher weist jedoch aufgrund seiner Strömungswiderstände einen Wirkungsgrad auf, der insbesondere in der Verwendung des Wärmetauschers als flach bau­ ender Motorkühler für eine ausreichende Motorkühlung ungenügend ist. Ein weiterer Wärmetauscher mit einem mittleren und zwei seitlichen Wasserkästen ist aus der DE-PS 34 37 780 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Wärmetauscher so weiterzubilden, daß sein Wirkungsgrad derart verbessert wird, daß insbesondere in der Verwendung des Wärme­ tauschers als flach bauender Motorkühler eine ausreichende Kühl­ leistung zur Motorkühlung erzielt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben.

Durch die Verbindung des einen seitlichen Wasserkastens mit dem anderen durch eine oder zwei Verbindungsleitungen und die Anord­ nung des Anschlusses für den Wasserabfluß an einem der beiden seitlichen Wasserkästen oder an einer Verbindungsleitung ist der Wasserrücklauf mit dem Abfluß außerhalb des über den zum Wärme­ tausch nutzbaren Querschnitts des Wärmetauschers vorgesehen. Über den mittleren Wasserkasten erfolgt dabei ausschließlich die Wasserverteilung. Dadurch wird in dem von den einzelnen Rohren der Rohrbündel gebildeten Querschnitt des Wärmetauschers eine Strömungsführung mit kurzen Strömungswegen und mit relativ gro­ ßen Strömungsquerschnitten geschaffen. Somit wird eine schnelle Durchströmung der Rohrbündel mit geringem Strömungswiderstand und wesentlich geringere Abkühlung in den Rohrbündeln erreicht.

Damit bleibt auch in den stromab liegenden Wärmetauscherberei­ chen nahezu die gesamte Temperaturdifferenz zwischen Wasser und anströmender Luft bezüglich des Wassereintritts in den Wärmetau­ scher erhalten. Dadurch wird jedoch eine hohe spezifische Lei­ stung für den Wärmetauscher somit ein hoher Wirkungsgrad für den Wärmetauscher erzielt. Für einen als flach bauenden Motorkühler verwendeten Wärmetauscher ergibt sich somit eine für eine gute Motorkühlung ausreichende Kühlleistung.

In einer bauraumsparenden Ausgestaltung der Erfindung nach An­ spruch 2 ist die eine oder die zwei Verbindungsleitungen ober­ halb und/oder unterhalb der Rohrbündel verlaufend ausgebildet.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 3 bildet die eine oder die zwei Verbindungsleitungen zusammen mit den seitlichen Wasserkästen einen die Rohrbündel umgreifenden Rahmen. Der Rahmen erhöht dabei die mechanische Festigkeit des Wärmetauschers.

In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 4 ist die Verbin­ dungsleitung allein oberhalb der Rohrbündel angeordnet. Unter­ halb der Rohrbündel verläuft dabei ein Stützprofil für den Wär­ metauscher. Dies hat zum Vorteil, daß die unterhalb der Rohrbün­ del verlaufende Verbindungsleitung entfallen kann, wodurch Platz gespart wird, und daß Fahrwerkselemente nicht bei einem beson­ ders breit bauenden Wärmetauscher die Anordnung des Kühlwasser­ schlauches für den Wasserabfluß behindern. Das Stützprofil sorgt dabei für eine stabile Bauform des Wärmetauschers.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 5 ist der mittlere Wasserkasten außermittig angeordnet, wobei der Abstand vom mittleren Wasserkasten zum Wasserkasten mit dem An­ schluß für den Wasserabfluß größer ist als zum anderen seitli­ chen Wasserkasten. Die Länge des Rohrbündels zwischen dem mitt­ leren Wasserkasten und dem anschlußlosen seitlichen Wasserkasten wird dadurch im Verhältnis zur Länge des anderen Rohrbündels kürzer.

Da der anschlußlose seitliche Wasserkasten die Abströmung des Wassers hemmt, weisen die durch den mittleren Wasserkasten von­ einander getrennten Wärmetauscherabschnitte unterschiedlich gro­ ße Strömungswiderstände auf. Infolge der Verkürzung des den an­ schlußlosen seitlichen Wasserkasten umfassenden Wärmetauscherab­ schnitts wird dieser Unterschied jedoch wieder ausgeglichen, so daß insgesamt eine gleichmäßige Durchströmung des ganzen Wärme­ tauschers erzielt wird.

In weiteren Ausgestaltungen nach den Ansprüchen 7, 8 und 9 weisen die auf der Abströmseite des Wärmetauschers angeordneten Luft­ führungsgehäuse zu den Wasserkästen gerichtete Abströmöffnungen auf. Die im Bereich der Abströmöffnungen angeordneten Elektro­ lüfter können dadurch in vorteilhafter Weise mit langen Elektro­ motoren geringen Durchmessers ausgestattet werden. Aufgrund des­ sen ergibt sich ein niedriger aerodynamischer Strömungswider­ stand für die Elektrolüfter und eine verbesserte Luftabströmung. Eine weitere Erniedrigung des aerodynamischen Strömungswider­ standes ergibt sich für zum Fahrzeugboden hin weisende Abström­ öffnungen der Luftführungsgehäuse, da die Luft in niedere Druck­ bereiche - beispielsweise zum Rad hin - ausweichen kann.

Dies bedeutet jedoch eine geringere elektrische Leistung des Lüfters zur Erzeugung einer für die Motorkühlung ausreichenden Luftabströmung, wodurch schließlich das Lüftergeräusch und so­ mit die Geräuscheinwirkung auf den Fahrgastraum vermindert wird.

In der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung sind Ausführungs­ beispiele der Erfindung anhand eines als Motorkühler verwende­ ten Wärmetauschers näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 den erfindungsgemäßen Kühler in einer Vorderansicht,

Fig. 2 schematisch den Kühler aus Fig. 1 in einer Draufsicht geradlinig ausgebildet mit zwei Luftführungsgehäusen und je­ weils einer zu den seitlichen Wasserkästen gerichteten Abström­ öffnung,

Fig. 3 schematisch den Kühler aus Fig. 1 in gepfeilter Ausbil­ dung, mit zwei Luftführungsgehäusen und jeweils einer zum mitt­ leren Wasserkasten gerichteten Abströmöffnung in einer Drauf­ sicht,

Fig. 4 den Kühler aus Fig. 2 in gebogener Ausbildung,

Fig. 5 den Kühler aus Fig. 2 mit jeweils einer zum mittleren und zum seitlichen Wasserkasten gerichteten Abströmöffnung.

Fig. 6 schematisch den Kühler aus Fig. 1 mit einem Stützprofil und einem in einer oberen Verbindungsleitung zwischen den seit­ lichen Wasserkästen angeordneten Anschluß für den Wasserabfluß.

In Fig. 1 weist ein Motorkühler 1 einen mittleren Wasserkasten 2 auf, in dessen einer Stirnseite 3 ein Anschluß 4 zum Zufluß von Kühlwasser vorgesehen ist.

Von beiden Schmalseiten 5, 6 des mittleren Wasserkastens 2 aus führen mehrere zu jeweils einem Rohrbündel 7, 8 zusammengefaßte Rohre 9 ab, die parallel übereinander verlaufen. Die Rohre 9 besitzen einen flachen nahezu rechteckigen Querschnitt und sind durch Kühllamellen 10 miteinander verbunden. Die Rohrbündel 7, 8 münden mit ihren dem Wasserkasten 2 abgekehrten Enden 11, 12 jeweils in einen seitlichen Wasserkasten 13, 14 aus. Der seit­ liche Wasserkasten 14 besitzt einen Anschluß 15 zum Kühlwas­ serabfluß.

Der seitliche Wasserkästen 13 ist über eine oberhalb der Rohr­ bündel 7, 8 und eine unterhalb der Rohrbündel 7, 8 verlaufende Verbindungsleitung 16, 17 an den Wasserkasten 14 angeschlossen. Dadurch bilden die Verbindungsleitungen 16, 17 mit den seitli­ chen Wasserkästen 13, 14 einerseits eine Rücklaufleitung und andererseits einen Rahmen, der die Rohrbündel 7, 8 und den mitt­ leren Wasserkasten 2 umgibt.

Der mittlere Wasserkasten 2 weist an seiner Ober- und Unter­ seite 18, 19 jeweils eine Lasche 20 auf, die die Rahmenrohre 16, 17 zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Kühlers um­ schließt.

Die Verbindungsleitungen 16, 17 der Rücklaufleitung besitzen einen größeren Querschnitt als die Rohre 9 der Rohrbündel 7, 8. Der Strömungswiderstand ist in der Rücklaufleitung dadurch ver­ ringert, was zu einer verbesserten Abführung des im seitlichen Wasserkasten 13 zusammenströmenden Wassers zum Wasserkasten 14 hin führt.

Der Abstand zwischen den seitlichen Wasserkästen 13, 14 beträgt ein Mehrfaches des Abstandes zwischen den Verbindungsleitungen 16, 17, wodurch der Kühler 1 eine sehr flache und gestreckte Bauweise (im Verhältnis 1 : 3 bis 1 : 6) aufweist und besonders für Fahrzeuge mit sehr knapp bemessenen Verhältnissen im Motorraum geeignet ist.

Im Fahrbetrieb strömt das Kühlwasser gemäß der Pfeilrichtung durch den Zuflußanschluß 4 im mittleren Wasserkasten 2 in die Rohre 9 der Rohrbündel 7, 8, welche mit den Kühllamellen 10 die nutzbare Kühlfläche des Kühlers 1 bilden.

Im seitlichen Wasserkasten 13 sammelt sich das durch die Rohre 9 des Bündels 7 strömende Kühlwasser und wird über die Verbin­ dungsleitungen 16, 17 zum Wasserabflußanschluß 15 im seitlichen Wasserkasten 14 abgeführt.

In Fig. 2 bis 5 sind bauraumsparende Anpassungen des Kühlers 1 an verschiedene Ausgestaltungen eines Fahrzeugbuges und strö­ mungsgünstige Anordnungen der Kühlerlüftung dargestellt.

Fig. 2 zeigt einen in seiner Erstreckung geradlinig ausgebil­ deten Kühler 1. Auf seiner Abströmseite 21 ist an beiden vom mittleren Wasserkasten 2 getrennten Kühlerabschnitten 22, 23 jeweils ein annähernd quer zur Fahrzeuglängsrichtung verlau­ fendes Luftführungsgehäuse 24, 25 angebracht. Die Luftführungs­ gehäuse 24,25 weisen Abströmöffnungen 26 auf, die jeweils zu den seitlichen Wasserkästen 13, 14 gerichtet sind. Im Bereich der Abströmöffnungen 26 sind in die Luftführungsgehäuse 24, 25 Elektrolüfter 27 eingesetzt.

Fig. 3 stellt in Abweichung von Fig. 2 einen entgegen der An­ strömrichtung der Luft gepfeilt ausgebildeten Kühler 1 dar. Die Abströmöffnungen 26 der Luftführungsgehäuse 24, 25 liegen sich im Bereich des mittleren Wasserkastens 2 gegenüber. Die Ab­ strömöffnungen 26 können dabei beispielsweise zum Fahrzeugboden hin weisen.

Fig. 4 zeigt im Unterschied zu Fig. 2 eine der Anströmrichtung der Luft entgegengesetzt gebogene Ausbildung des Kühlers 1. Die Luftführungsgehäuse 24, 25 verlaufen dabei in etwa diagonal zur Fahrzeuglängsrichtung.

Desweiteren zeigt Fig. 5 in Abweichung von Fig. 2 den Kühler 1 mit Luftführungsgehäusen 24, 25, die jeweils eine Abströmöffnung 26 sowohl im Bereich der seitlichen Wasserkästen 13, 14 als auch im Bereich des mittleren Wasserkastens 2 besitzen. In jeder Abströmöffnung 26 ist dabei ein Elektrolüfter 27 vorgesehen.

Die Luftführungsgehäuse 24, 25 weisen Luftführungswände 28 auf, die parallel zu den Kühlerabschnitten 22, 23 verlaufen und zu diesen gewölbt ausgebildet sind.

In Fig. 6 ist in Abweichung von Fig. 1 ein Kühler 1 mit nur einer oberhalb der Rohrbündel 7, 8 verlaufenden Verbindungslei­ tung 16 dargestellt, in welcher der Anschluß 15 für den Wasser­ abfluß angeordnet ist. Unterhalb der Rohrbündel 7, 8 ist an den beiden seitlichen Wasserkästen 13, 14 und dem mittleren Wasser­ kasten 2 ein parallel zur Verbindungsleitung 16 verlaufendes Stützprofil 29 befestigt.

Claims (9)

1. Wärmetauscher, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit je einem Anschluß für den Wasserzufluß und den Wasserabfluß, mit einem mittleren Wasserkasten, der den Anschluß für den Wasserzufluß enthält und von dem von zwei Seiten aus mehrere zu einem Rohr­ bündel zusammengefaßte Rohre abführen, die mit ihren einander abgekehrten Enden jeweils an einem seitlichen Wasserkasten an­ geschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein seitlicher Wasserkasten (13) mit dem anderen seitlichen Wasserkasten (14) durch eine oder zwei Verbindungsleitungen (16), (17) verbunden ist und daß der Anschluß (15) für den Was­ serabfluß an einem der beiden seitlichen Wasserkästen (13, 14) oder an einer Verbindungsleitung (16), (17) vorgesehen ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die eine oder die zwei Verbindungsleitungen (16), (17) ober­ halb und/oder unterhalb der Rohrbündel (7), (8) verlaufend ausge­ bildet ist.

3. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine oder die zwei Verbindungsleitungen (16), (17) zusam­ men mit den seitlichen Wasserkästen (13), (14) einen die Rohrbün­ del (7), (8) umgreifenden Rahmen bilden.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (16) oberhalb der Rohrbündel (7), (8) angeordnet ist, und daß unterhalb der Rohrbündel (7), (8) ein Stützprofil (29) für den Wärmetauscher (1) vorgesehen ist.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Wasserkasten (2) außermittig angeordnet ist, wobei der Abstand vom mittleren Wasserkasten (2) zum seitlichen Wasserkasten (14) größer ist als zum anderen seitlichen Wasser­ kasten (13).

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Abströmseite (21) des Wärmetauschers (1) an beiden durch den mittleren Wasserkasten (2) getrennten Wärmetauscherab­ schnitten (22), (23) Luftführungsgehäuse (24), (25) angeordnet sind.

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftführungsgehäuse (24), (25) Abströmöffnungen (26) auf­ weisen, die nach dem im jeweils zugeordneten Wärmetauscherab­ schnitt (22), (23) vorgesehenen seitlichen Wasserkasten (13), (14) gerichtet sind.

8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftführungsgehäuse (24), (25) Abströmöffnungen (26) auf­ weisen, die im Bereich des mittleren Wasserkastens (2) gegen­ überliegend angeordnet sind.

9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftführungsgehäuse (24), (25) mit je einer zu den Wärme­ tauscherabschnitten (22), (23) gewölbten Luftführungswand (28) ausgebildet sind und je zwei seitlich gerichtete Abströmöffnun­ gen (26) aufweisen.