DE4227565C1 - Waermetauscher in einem kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein Wärmetauscher der gattungsgemäßen Bauart ist aus der EP-O 236 216 bekannt. Dieser weist ein V-Profil mit einem zwischen den Schenkeln eingeschlossenen Stauraum für die Kühlluft auf, der sich zum Fahrzeugbug hin öffnet. Das Hohlprofil erstreckt sich dabei quer zur Fahrzeuglängsachse, wobei die Anströmung des Wärmetauschers in horizontaler Richtung erfolgt. Dabei deckt entweder ein Drucklüfter großflächig die Stauraumöffnung ab oder es ist hinter jedem Schenkel des V-Profiles jeweils ein Sauglüfter angeordnet. Bei Durchströmung des Wärmetauschers durch den Fahrtwind stellen die Lüfter jeweils jedoch einen großen Strömungswiderstand dar, so daß sich nur ein geringer Wärmeaustausch ergibt. Ferner kann in Betrieb der Lüfter eine ausreichende Durchströmung des Wärmetauschers nur oberhalb eines bestimmten Öffnuungswinkels der V-Profilschenkel erreicht werden. Im Falle der Anordnung des Drucklüfters wird der Öffnungswinkel durch dessen Durchmesser bestimmt, der, um die Fläche des Wärmetauschers abzudecken, möglichst groß ausgelegt ist. Im Falle zweier Sauglüfter muß der Winkel so groß sein, daß durch die Suagwirkung keine gegenseitige Beeinflussung entsteht. Dadurch ist jedoch die Ausbildung eines niedrigbauenden Wärmetauschers bei gleichbleibenden Wärmetauscherflächen für enge Bauräume der Umgebung nicht möglich.

Desweiteren ist aus der DE-OS 38 14 086 ein Wärmetauscher bekannt, der als V-förmiges Hohlprofil ausgebildet ist. Das Hohlprofil erstreckt sich quer zur Fahrzeuglängsachse und bildet zwischen seinen Schenkeln einen vertikal nach oben oder nach unten zum Bug des Fahrzeuges hin offenen Stauraum für die von einem Querstromgebläse in vertikaler Richtung geförderte Kühlluft. Aufgrund seiner im wesentlichen vertikalen Anordnung in Kombination mit der Ausbildung und Anordnung des Gebläses ist der bekannte Wärmetauscher für eine Anpassung an sehr geringe Bauhöhen und Bautiefen des umgebenden Raumes bei gleichbleibender Wärmetauscherfläche jedoch nicht verwendbar.

Ein in Form eines Hohlprofiles ausgebildeter Wärmetauscher ist ebenfalls aus der DE-OS 31 18 539 bekannt. Auch hier muß bei einer Anpassung der Abmessungen eines derartig ausgebildeten Wärmetauschers an geringe Bauhöhen eines ihn umgebenden Raumes im Kraftfahrzeug unter Beibehaltung der Größe der Kühlfläche die Bautiefe des Wärmetauschers vergrößert werden. Bei engen Bauraumverhältnissen können jedoch wesentliche Vergrößerungen der Bautiefe von Aggregaten wie der Wärmetauscher nicht realisiert werden.

Desweiteren bildet das Gebläse einen Strömungswiderstand für den Fahrtwind, so daß, um eine ausreichende Kühlung des Wärmetauschers aufrechtzuerhalten, das Gebläse gerade unter Fahrbetriebsbedingungen, bei denen das Gebläse bereits abgeschaltet werden könnte, noch länger betrieben werden muß. Die bedingt jedoch eine Leistungseinbuße und einen höheren Kraftstoffverbrauch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Wärmetauscher derart zu gestalten, daß dessen Bauhöhe ohne Reduzierung seiner Kühlfläche und im wesentlichen ohne Vergrößerung seiner Bautiefe an geringe Bauhöhen im Kraftfahrzeug anpaßbar und daß der Wärmetauscher vom Fahrtwind mit so wenig Strömungswiderstand wie möglich durchströmbar ist.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen kennzeichnenden Merkmale gelöst.

Dabei erstreckt sich das Hohlprofil des Wärmetauschers quer zur Fahrzeuglängsachse, wobei an wenigstens einem seitlichen Zutritt des Stauraumes ein Gebläselüfter angeordnet ist. Aufgrund der Ausbildung des Hohlprofiles ergibt sich ein breit bauender Wärmetauscher, der in der Bauhöhe stark verkleinert werden kann, ohne die gesamte Kühlfläche zu verkleinern und bei auch hinsichtlich der Breite eingeschränkten Bauräumen ohne wesentliche Vergrößerungen der Bautiefe vorzunehmen.

Durch die seitliche Anordnung des Gebläselüfters wird der Strömungswiderstand für den zur Kühlung des Wärmetauschers dienenden Fahrtwind besonders bei höheren Fahrgeschwindigkeiten, bei denen der Staudruck des Fahrtwindes am Fahrzeugbug sehr groß ist, stark verringert.

Desweiteren ist der Stauraum zum Fahrzeugbug hin durch eine Frontplatte verschlossen, in der Staudruckklappen vorgesehen sind. Dabei wird durch die Frontplatte verhindert, daß vom Lüfter geförderte Kühlluft durch die zum Fahrzeugbug hin gerichtete Öffnung des Stauraumes abströmen kann, so daß somit zum Durchströmen des Wärmetauschers die gesamte geförderte Kühlluftmenge zur Verfügung steht. Bei Übersteigen eines bestimmten Staudruckwertes des Fahrtwindes am Fahrzeugbug öffnen die in der Frontplatte angeordneten Staudruckklappen.

Dabei kann einerseits zur Energieersparnis und somit zur Verbrauchsminderung die Leistung des Lüfters reduziert oder der Lüfter ganz abgeschaltet werden, wobei der Fahrtwind allein für eine ausreichende Kühlung des Wärmetauschers sorgt.

Andererseits können bei Fahrbetriebsbedingungen, wie beispielsweise bei hohen Außentemperaturen, bei denen der Fahrtwind oder der Gebläselüfter für sich alleine keine ausreichende Kühlung geben kann, die Luftströmungen von Lüfter und Fahrtwind zu einer Gesamtströmung gemischt werden, wodurch eine verbesserte Kühlung erzielt werden kann.

Zudem wird die Sicherheit für die Fahrgastzelle im Falle eines Zusammenstoßes verbessert, da durch die seitliche Anordnung des Lüfters mit seiner massiven Lüfternabe eine direkte Beaufschlagung des Motors durch den Lüfter verhindert und damit die Knautschzone des Motorraumes vergrößert wird.

In einer fertigungstechnisch einfachen Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 und 3 ist das Hohlprofil U-förmig bzw. V-förmig ausgebildet. Dabei weist die U-förmige Ausbildung durch seine zum Fahrzeugbug parallele Seite eine besonders große Kühlfläche auf, während die V-förmige Ausbildung in einfacher Weise lediglich durch Variieren ihres Öffnungswinkels optimals an eine vorgegebene Bauhöhe anpaßbar ist.

In einer montagefreundlichen Ausgestaltung nach Anspruch 4 ist die Kühlfläche des Wärmetauschers aus einzelnen Segmenten zusammengesetzt.

In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 5 ist am Wärmetauscher seitlich jeweils ein gemäß dessen Profil ausgebildeter Kühlmittelkasten angeordnet. Dadurch wird einerseits eine Einschränkung in der Bauhöhe des Wärmetauschers und andererseits eine Verkleinerung des Eintrittsquerschnitts des Fahrtwindes in den Wärmetauscher vermieden.

In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 6 ist ein seitlicher Zutritt des Stauraumes durch ein Blech verschlossen. Mit dieser Maßnahme wird erreicht, daß der vom Gebläselüfter geförderte Kühlluftanteil am Abströmen zum gegenüberliegenden Zutritt des Stauraumes hinaus gehindert wird, so daß der Durchsatz durch den Wärmetauscher erhöht und damit dessen Kühlleistung verstärkt wird. Überdies wird dadurch die Steifigkeit und damit die Stabilität des Wärmetauschers vergrößert.

In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 7 ist ein seitlicher Zutritt des Stauraumes von einem seitlich am Wärmetauscher angeordneten Kühlmittelkasten verschlossen. Neben den Vorteilen, die aus Anspruch 6 hervorgehen, ist dadurch die Ausbildung des Kühlmittelkastens fertigungstechnisch wesentlich vereinfacht.

In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 8 sind an beiden seitlichen Ausgängen des Stauraumes Gebläselüfter mit je einem Luftführungsgehäuse angeordnet, deren Eintrittsöffnungen im Bereich des Fahrzeugbuges quer zur Anströmrichtung der Kühlluft angeordnet sind. Durch die beidseitige Anordnung von Gebläselüftern wird der Kühlluftdurchsatz durch den Wärmetauscher noch weiter erhöht. Aufgrund der Anordnung der Eintrittsöffnungen der Luftführungsgehäuse quer zur Anströmrichtung der Kühlluft kann die gesamte Strömungsenergie des Fahrtwindes in Rotationsenergie der Lüfterräder umgesetzt werden, so daß eine bedeutende Einsparung an elektrischer Energie zum Antrieb der Lüfter erreicht wird.

In einer weiteren bauraumsparenden Ausgestaltung nach Anspruch 9 ist der Wärmetauscher von mehreren einzelnen Wärmetauschern gebildet, die an voneinander verschiedene Kühlkreisläufe angeschlossen sind. Dabei können mehrere Wärmetauscher wie beispielsweise der Wasserkühler des Motors und der Ölkühler oder der Heizkühler und der Kondensator in einer kompakten und konstruktiv einfachen Baueinheit montiert werden.

In der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 schematisch in einem seitlichen Schnitt einen erfindungsgemäßen im Fahrzeugbug angeordneten Wärmetauscher mit U-förmigem Hohlprofil, einem Gebläselüfter und einer Frontplatte mit Staudruckklappen,

Fig. 2 den Wärmetauscher aus Fig. 1 mit seitlich jeweils einem Gebläselüfter in einer teilweise geschnittenen Draufsicht,

Fig. 3 das Hohlprofil des Wärmetauschers aus Fig. 1 in einer Segmentbauweise in einem seitlichen Schnitt,

Fig. 4 das Hohlprofil des Wärmetauschers aus Fig. 1 aus zwei ineinander eingesetzten Wärmetauschern im Schnitt,

Fig. 5 das Hohlprofil des Wärmetauschers aus Fig. 1 aus zwei sich aneinander anschließenden Wärmetauschern in einer perspektivischen Darstellung,

Fig. 6 ein aus zwei einzelnen Wärmetauschern zusammengesetztes Hohlprofil des Wärmetauschers aus Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung,

Fig. 7 den erfindungsgemäßen Wärmetauscher von Fig. 1 in V-Form in einer perspektivischen Darstellung,

Fig. 8 den Wärmetauscher aus Fig. 7 in einem Schnitt entlang der Linie VIII-VIII.

In Fig. 1 ist ein Fahrzeugbug 1 eines Kraftfahrzeuges 2 dargestellt, hinter dessen Stoßfänger 3 ein als Motorkühler ausgebildeter Wärmetauscher 4 angeordnet ist.

Der Motorkühler 4 ist als U-förmiges Hohlprofil 5 ausgebildet, das zum Fahrzeugbug 1 hin geöffnet ist und mit seinen Schenkeln 6, 7 einen Stauraum 8 für Kühlluft einschließt. Der Stauraum 8 erstreckt sich quer zur Fahrzeuglängsachse.

Der Motorkühler 4 weist dabei zwei durch die Schenkel 6, 7 gebildete parallel gegenüberliegende Kühlflächen und eine quer zur Anströmrichtung des Fahrtwindes angeordnete Kühlfläche auf, die von einem die Schenkel 6, 7 miteinander verbindenden Steg 9 gebildet ist, wobei die Kühlflächen einstückig miteinander verbunden sind.

An einem seitlichen Zutritt 10 des Hohlprofiles 5 ist ein Gebläselüfter 11 angeordnet, der von einem Luftführungsgehäuse 12 umgeben ist und Kühlluft von außen in den Stauraum 8 fördert. Von dort aus werden die Kühlflächen von der Kühlluft gemäß der Pfeilrichtung durchströmt, wobei der Gebläselüfter 11 erst oberhalb einer vorgegebenen Kühlmitteltemperatur eingeschaltet wird.

Der Stauraum 8 ist zum Fahrzeug 1 hin durch eine Frontplatte 13 verschlossen, deren Ober- und Unterkante 14, 15 an den Enden 16, 17 der Schenkel 6, 7 jeweils angebracht sind. In der Frontplatte 13 sind über die gesamte Breite verlaufende parallel zu den Schenkelenden 16, 17 angeordnete Schlitze 18 vorgesehen, die durch Staudruckklappen 19 verschließbar sind.

Die Staudruckklappen 19 sind auf dem Stauraum 8 zugewandter Seite 20 der Frontplatte 13 befestigt und öffnen die Schlitze 18 zum Stauraum 8 hin, wenn ein bestimmter Staudruckwert des Fahrtwindes am Fahrzeugbug 1 überschritten wird, wodurch der Fahrtwind entsprechend der Pfeilrichtung in den Stauraum 8 strömen kann.

In Fig. 2 ist abweichend von Fig. 1 an beiden seitlichen Zugängen 10, 21 des Stauraumes 8 des Hohlprofiles 5 jeweils ein Gebläselüfter 11, 22 angeordnet, die von Luftführungsgehäusen 12, 23 umgeben sind. Diese sind derart ausgebildet, daß ihre dem Stauraum 8 abgewandte Eintrittsöffnungen 24, 25 im Bereich des Fahrzeugbuges 1 quer zur Anströmrichtung der Kühlluft (Pfeilrichtung) angeordnet sind. Die Ausformungen der Luftführungsgehäuse 12, 23 sind dabei in zwei Varianten dargestellt, die an voneinander verschiedene im wesentlichen bauraumbedingte Anordnungen der Lüfter 11, 22 angepaßt sind.

Der Motorkühler 4 arbeitet nach dem Querstromprinzip und weist seitlich jeweils einen Wasserkasten 26, 27 auf, die entsprechend dem Profil des Motorkühlers 4 ausgebildet sind. Der Wasserkasten 26 besitzt dabei einen zur Seite und der Wasserkasten 27 einen nach oben weisenden Wasseranschluß 28, 29.

In Fig. 3 setzt sich das Hohlprofil 5 des Motorkühlers 4 aus drei einzelnen ebenen Segmenten 30, 31, 32 zusammen, wobei die Segmente 30, 31 die Schenkel 6, 7 und das Segment 32 den Steg 9 darstellen. Das Segment 32 ist hierbei an seinen Seiten 33, 34 durch Haltewinkel 35 mit den Segmenten 30, 31 verbunden.

In Fig. 4 bis 6 sind verschiedene Anordnungsmöglichkeiten für mehrere einzelne Wärmetauscher 36, 37 zur Bildung eines Gesamtwärmetauschers 38, die jeder für sich ein U-förmiges Hohlprofil 5 besitzen und an voneinander verschiedene Kühlkreisläufe angeschlossen sind, aufgezeigt. Dieser weist die Form des Hohlprofiles 5 aus Fig. 1 auf. Der Gesamtwärmetauscher kann dabei beispielsweise aus einem Motorkühler und einem neben diesem angeordneten Ölkühler oder einem Kondensator einer Klimaanlage bestehen.

In Fig. 4 ist im Stauraum 8 des Wärmetauschers 36 der Wärmetauscher 37 eingesetzt, dessen Kontur parallel zur Kontur des Wärmetauschers 36 verläuft. Die beiden Wärmetauscher 36, 37 sind mit ihren Enden 39, 40 und 41, 42 über Haltebleche 43 aneinander befestigt.

In Fig. 5 schließt sich der Wärmetauscher 37 am seitlichen Kühlmittelkasten 44 des Wärmetauschers 36 in Fahrzeugquerrichtung gleichförmig an. Der Wärmetauscher 36 besitzt an seinen seitlichen Kühlmittelkästen 44, 45 jeweils einen nach oben weisenden Kühlmittelanschluß 46, 47.

In Fig. 6 wird die U-Form des Hohlprofiles 5 erst durch Aneinanderfügen der Wärmetauscher 36, 37 gebildet. Der Wärmetauscher 37 bildet dabei den Schenkel 6, der Wärmetauscher 36 und seine seitlichen Kühlmittelkästen 44, 45 den Schenkel 7 und den Steg 9. Die Kühlmittelkästen 44, 45 besitzen hier jeweils einen seitlichen nach außen weisenden Kühlmittelanschluß 48, 49. Am Wärmetauscher 37 ist einseitig ein nach außen weisender Kühlmittelzu- und abfluß 50, 51 vorgesehen.

In Fig. 7 ist in Abweichung zu Fig. 1 ein Motorkühler 4 mit einem V-förmigen Hohlprofil 5 dargestellt. Das Hohlprofil 5 besteht aus zwei in Fig. 8 gezeigten eben ausgebildeten Kühlsegmenten 52, 53, die dessen Schenkel 6, 7 bilden und voneinander unter einem Öffnungswinkel α abstehen.

Entsprechend den Kühlsegmenten 52, 53 sind deren Wasserkästen 54, 55 mit jeweils einem oberen und einem unteren Einzelkasten 54a, 54b, bzw. 55a, 55b ausgebildet, die über ein Verbindungsknie 56 an ihren aufeinander zu weisenden Enden 57 miteinander gekoppelt sind. Im Knie 56 befindet sich jeweils ein Wasseranschluß 58, wie in Fig. 8 zu sehen ist.

Der seitliche Zutritt 21 des Stauraumes 8 ist durch ein dreieckiges Blech 59 verschlossen. Der Verschluß des Zutrittes 21 kann auch durch die Ausbildung eines einzigen seitlichen Wasserkastens erfolgen, der sich zusätzlich über die von den Einzelkästen 54a und 54b aufgespannten Dreiecksfläche erstreckt. Der Stauraum 8 ist durch die in Fig. 1 ausgeführte Frontplatte 13 zum Fahrzeugbug 1 hin verschlossen, wobei die Platte 13 an den Innenseiten 60 der Wasserkästen 54, 55 angebracht ist.

Fig. 8 zeigt ferner den Gebläselüfter 11 mit seinem Luftführungsgehäuse 12 am dem Zutritt 21 gegenüberliegenden Zutritt 10. Die vom Lüfter 11 in den Stauraum 8 geförderte Kühlluft und der bei geöffneten Staudruckklappen 19 in der Frontplatte 13 zusätzlich einströmende Fahrtwind durchströmt gemäß der Pfeilrichtung die Kühlsegmente 52, 53 des Motorkühlers 4.

Claims (9)

1. Wärmetauscher in einem Kraftfahrzeug, der in Form eines sich quer zur Fahrzeuglängsachse erstreckenden Hohlprofiles ausgebildet ist und einen zum Fahrzeugbug hin offenen Stauraum für Kühlluft einschließt, an dem mindestens ein Gebläselüfter zur Beaufschlagung mit Kühlluft angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einem seitlichen Zutritt (10, 21) des Stauraumes (8) ein Gebläselüfter (11, 22) angeordnet ist, und daß der Stauraum (8) zum Fahrzeugbug (1) hin durch eine Frontplatte (13) verschlossen ist, in der Staudruckklappen (19) vorgesehen sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlprofil (5) U-förmig ausgebildet ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlprofil (5) V-förmig ausgebildet ist.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlfläche des Wärmetauschers (4, 38) aus einzelnen Segmenten (30, 31, 32), (54a, b; 55a, b) zusammengesetzt ist.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Wärmetauscher (4, 38) seitlich jeweils ein gemäß dessen Profil (5) ausgebildeter Kühlmittelkasten (26, 27), (44, 45), (54, 55) angeordnet ist.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein seitlicher Zutritt (10, 21) des Stauraumes (8) durch ein Blech (59) verschlossen ist.

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein seitlicher Zutritt (10, 21) des Stauraumes (8) von einem seitlich am Wärmetauscher (4, 38) angeordneten Kühlmittelkasten (26, 27), (44, 45), (54, 55) verschlossen ist.

8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden seitlichen Zutritten (10, 21) des Stauraumes (8) Gebläselüfter (11, 22) mit je einem Luftführungsgehäuse (12, 23) angeordnet sind, deren Eintrittsöffnungen (24, 25) im Bereich des Fahrzeugbuges (1) quer zur Anströmrichtung der Kühlluft angeordnet sind.

9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (38) von mehreren einzelnen Wärmetauschern (36, 37) gebildet ist, die an voneinander verschiedene Kühlkreisläufe angeschlossen sind.