DE69302004T2

DE69302004T2 - Ölkühler für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE69302004T2
Application number: DE69302004T
Authority: DE
Inventors: Agne Appelquist; Glenn Hermansoon
Original assignee: Valeo Engine Cooling AB
Current assignee: Titanx Engine Cooling AB
Priority date: 1992-12-15
Filing date: 1993-12-15
Publication date: 1996-08-29
Anticipated expiration: 2013-12-16
Also published as: EP0602968B1; US5950716A; DE69302004D1; SE505252C2; SE9203776D0; EP0602968A1; SE9203776L; JPH0726956A; ES2086886T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ölkühler für Kraftfahrzeuge gemäß dein Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zum Kühlen des in einem Kraftfahrzeug verwendeten Öls (z.B. Getriebe-, Motor-, Hydauliköl usw.) werden häufig Ölkühler eingesetzt, die mit der im Kühler des Fahrzeugs verwendeten Flüssigkeit arbeiten. Herkömmliche ölkühler dieser Art, die den allgemeinen Stand der Technik darstellen, bestehen aus einem doppelwandigen Rohr, das eine Außenwand sowie eine Innenwand aufweist. In dem zwischen den Augen- und Innenwänden gebildeten Ringkanal ist ein Mittel zur Oberflächenvergrößerung angeordnet, das den Wärmeübergang verbessert. Der Kanal verfügt an einem Ende des Rohres über einen Öleinlaß und am anderen Ende des Rohres über einen Ölauslaß. Der Ölkühler selbst sitzt in einem Behälter, der zur Kühlanlage des Fahrzeuges gehört, wobei das im Kühler verwendete Kühlmittel sowohl das Rohr innerhalb seiner Innenwand durchfließt als auch außen die Außenwand des Rohres entlangströmt und dieses umspült.
Da von ölkühlern moderner Fahrzeuge die Aufnahine und Abfuhr erheblicher Wärmemengen verlangt wird, ohne dar sie dabei allzu großvolumig ausfallen dürfen, besteht Raum für eine Weiterentwicklung des vorstehend erläuterten Grundkonzeptes.
Hierbei kommt es vor allem darauf an, den Wärmeübergang vom Öl über das Oberflächenvergrößerungsmittel zu den Rohrwänden und von dort zu dem außerhalb des Rohres strömenden Kühlmittel möglichst wirksam zu gestalten, wobei natürlich praktische Fertigungsaspekte ebenfalls zu berücksichtigen sind.
Die seit langem laufenden Entwicklungsarbeiten konzentrierten sich vor allem auf die Optimierung des in dem Rohrkanal montierten Oberflächenvergrößerungsmittels, um einen möglichst intensiven Wärmeübergang von dem Öl auf die Kanalwände ohne übermäßigen öldruckabfall und ohne Vergrößerung der Abmessungen des Ölkühlers zu erzielen.
Das Problem der Optimierung des Wärmeübergangs von den Rohrwänden auf das umliegende Kühlmittel konnte bisher jedoch keiner zufriedenstellenden Lösung zugeführt werden. Ein Ansatz, der u.a. auf eine Lösung dieser Aufgabe abzielt, wird in US-A-4,086,959 geschildert. Der dort beschriebene Ölkühler, der in seiner Bauart der eingangs erwähnten vorbekannten Grundkonstruktion entspricht, weist ein doppelwandiges Rohr mit einem Ringkanal für das strömende Öl sowie innerhalb dieses Kanals Mittel zur Vergrößerung der Wärmeübergangsfläche sowie zur verstärkten Verwirbelung des vorbeiströmenden Öls auf. Das Außenrohr ist zudem gewellt ausgeführt, d.h. es trägt spiralförmige Vertiefungen, die sich im wesentlichen über seine gesamte Länge erstrecken. Diese geweilte Ausführung der Oberfläche bewirkt eine verstärkte Verwirbelung des vorbeiströmenden Kühlmittels und erhöht damit den Wärmeübergang gegenüber einem Ölkühler mit glatter Oberfläche um etwa 10 Prozent. Diese Konstruktion weist jedoch eine Reihe von Nachteilen auf, deren wesentlichster darin liegt, dar das den Kanal durchströmende Öl einen erheblichen Druckverlust erleidet und damit die Wirkung des Kühlsystems beeinträchtigt wird. Zudem weist dieser Ölkühler einen komplizierten Aufbau auf und ist teuer in der Herstellung, z.B. aufgrund der gewellten Fläche des Außenrohres.
GB-A-977579, die den der Erfindung nahekominensten Stand der Technik darstellt, sieht einen Ölkühler mit einem Innen- und einem Außenrohr vor, bei dem das Außenrohr auf seiner Oberfläche mehrere nach innen ragende Buckel trägt. Diese Buckel sollen die Wirksamkeit des Wärmetauschers dadurch erhöhen, daß sie eine verstärkte Verwirbelung des ihn durchströmenden Öls bewirken.
Angesichts der vorstehend beschriebenen Nachteile besteht offensichlich ein Bedarf für konstruktive Verbesserungen des beschriebenen Ölkühlers.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demnach darin, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und einen Ölkühler vorzustellen, der sich gegenüber den vorbekannten Lösungen durch eine optimierte Wärmeübergangsleistung sowie einen geringeren Druckabfall auszeichnet.
Eine weitere Aufgabe besteht in der Schaffung eines leicht und kostengünstig herstellbaren Ölkühlers.
Eine spezielle Aufgabe besteht darin, einen Ölkühler bereitzustellen, der insofern flexibel ist, als er sich leicht an unterschiedliche - durch andere Anlagenkomponenten bedingte - Anforderungen anpassen läßt, die an verschiedene Ölkühlsysteme hinsichtlich des höchstzulässigen Druckabfalls sowie der Wärmeübergangsleistung gestellt werden.
Die Erfindung sieht einen Ölkühler für ein Kraftfahrzeug vor, der mit einem Außenrohr sowie einem Innenrohr ausgestattet ist, wobei das Innenrohr in dem Außenrohr verläuft und über eine Außenfläche verfügt, die zusammen mit der Innenfläche des Außenrohres einen beidseitig verschlossenen Ringkanal bildet, durch den das zu kühlende Öl von einen an einem Ende dieser Rohre vorgesehenen Einlaß zu einem an ihrem anderen Ende angeordneten Auslaß strömt, und der ferner über in dein Ringkanal angeordnete Mittel zur Gewährleistung des Wärmeübergangs von dein durchströmenden Öl auf die umgebenden Rohrwände sowie über mehrere verwirbelungsbildende napfförmige Vertiefungen auf der Außenfläche des Außenrohrs für das Kühlmittel aufweist, in dem der ölkühler eingetaucht angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Außenfläche des Außenrohres zudem verwirbelungsbildende gewölbte Buckel vorgesehen sind.
Die Vertiefungen und Buckel lassen sich dabei als örtlich begrenzte, im wesentlichen kreisrunde Verformungen der Außenrohroberfläche beschreiben.
Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus den beigefügten Ansprüchen hervor, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschreiben.
Diese Erfindung weist gegenüber dem in US-A-4,086,959 beschriebenen Ölkühler eine Reihe von Vorteilen auf.
Praktische Erprobungen haben ergeben, dar die verstärkte Verwirbelung des das Rohr durch- und umströmenden Kühlmittels den Wärmeübergang gegenüber einem Ölkühler mit glatter Außenfläche um ca. 20 Prozent verbessert, d.h. der erfindungsgemäße Ölkühler zeichnet sich gegenüber der in US-A-4,086,959 beschriebenen Lösung durch ein erheblich optimiertes Wärmeübergangsverhalten aus. Durch die besondere Gestaltung des Außenrohres wird zudem dafür gesorgt, dar der in dem Kanal zwangsläufig auftretende Öldruckabfall geringer als bei dem vorgenannten Ölkühler ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beiliegenden Abbildungen näher erläutert, wobei
- Abb. 1 eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht eines Ölkühlers zeigt, die das Verständnis der Erfindung erleichtert, und
- Abb. 2 einen Querschnitt durch den Ölkühler darstellt.
Die Abb. 1 und 2 zeigen einen Ölkühler, an dem sich die Erfindung verdeutlichen lädt. Dieser Ölkühler, der zu Einbau in einen zum Kühlersystem des Fahrzeugs gehörigen Behälter bestimmt ist, besteht aus einem Außenrohr 1 und einem Innenrohr 2, wobei letzteres innerhalb des Augenrohres 1 verläuft und seine Außenfläche zusammen mit der Innenfläche des Außenrohres 1 einen Ringkanal 3 bildet. In diesem beidseitig geschlossene Kanal 3 wird das zu kühlende Öl geführt. An einem Ende des Kanals ist ein Einlaß 4 in Form einer herkömmlichen Anschlußverschraubung 5 angeordnet. Das durch diese Verschraubung eintretende Öl wird durch den Kanal geleitet und tritt aus diesem über einen Auslaß 6 aus, der aus einer am anderen Ende des Kanals 3 vorgesehenen Verschraubung 7 besteht. In dem Ringkanal 3 ist ein Oberflächenvergrößerungswittel 8 angeordnet, das nicht nur eine Verwirbelung des durchströmenden Öls bewirkt, sondern auch die Wärmeübergangsfläche vergrößert und damit den Wärmeübergang von dem öl auf die Rohrwände verbessert.
Das Außenrohr 1 weist eine Vielzahl napfförmiger Vertiefungen 9 auf, die sich im wesentlichen über die gesamte Länge sowie den gesamten Umfang des Außenrohres 1 erstrecken. Diese Vertiefungen 9 bewirken eine verstärkte Verwirbelung des Kühlmittels 10, welches das Außenrohr außen uniströmt. Die Vertiefungen 9, die eine kreisrunde Form und einen Durchmesser von 6 mm aufweisen, sind in Längsrichtung des Außenrohres 1 in 16 Reihen angeordnet, wobei sich diese Reihen über den Umfang des Rohres 1 gleichmäßig verteilen. Der Abstand zwischen den Mittelpunkten zweier in derselben Reihe liegender Vertiefungen 9 beträgt jeweils 11,5 mm. Die Vertiefungen zweier nebeneinanderliegender Reihen sind voneinander in Längsrichtung um jeweils 5,75 mm versetzt.
Die Herstellung und Montage des Ölkühlers wird wie folgt vorgenommen:
Das Innenrohr 2 wird auf Sollänge abgeschnitten und das oberflächenvergrößernde Mittel 8 wird über im wesentlichen die gesamte Länge dieses Rohres um dessen Umfang gelegt. Analog hierzu wird das Außenrohr 1 abgelängt und mit Öffnungen für die Anschlußverschraubungen 5,7 versehen. Diese Verschraubungen werden in ihren Öffnungen in dem Außenrohr 1 durch Schweißen oder Hartlöten befestigt. Danach wird das Innenrohr 2 in das Außenrohr 1 eingesetzt und so in Richtung auf die Innenseite des Außenrohres 1 aufgeweitet, daß sich das Innenrohr 2 in dem Außenrohr 1 verklemmt. Anschließend werden die Rohrenden miteinander verschweißt, um die Rohre gegeneinander abzudichten. Sodann erfolgt mittels eines Preßwerkzeuges die Einbringung der napfförmigen Vertiefungen 9 in der Außenfläche des Außenrohres.
Die napfförmigen Vertiefungen, die sich über die Augenfläche des Außenrohres verteilen, bewirken eine intensivere Verwirbelung des Kühlmittels, welches das Außenrohr an seiner Außenseite umströmt, und fördern damit den Wärmeübergang von den Rohrwänden an die Umgebung, ohne einen überhöhten Öldruckverlust zu verursachen.
Neben den napfförmigen Vertiefungen weist der erfindungsgemäße Ölkühler an der Außenseite des Außenrohres zudem mehrere gewölbte Buckel auf, die das Kühlleistungsvermögen des Ölkühlers, d.h. seine Fähigkeit zur Verringerung der Temperatur des heißen Öls, verbessern.
Die Erfindung bietet zudem weitere Vorteile, die aus der vorstehend dargestellten Ausführungsform ersichtlich sind.
Dieser Ölkühler lädt sich einfach und kostengünstig herstellen, da er aus standardisierten Bauteilen besteht. Es wird kein spezielles Außenrohr benötigt, da die Bearbeitung dieses Rohres nach dem Zusammenbau des Ölkühlers erfolgt. Die Tiefe der napfförmigen Vertiefungen entscheidet sowohl über die erzielte Verbesserung des Wärmeübergangs als auch über den damit bewirkten zusätzlichen Druckabfall, d.h. eine tiefere Vertiefung intensiviert den Wärmeübergang um den Preis eines stärkeren Druckabfalls. Da die Vertiefungen nach dem Zusammenbau des Ölkühlers hergestellt werden, lädt sich die Leistung des Kühlers leicht den übrigen Komponenten des Kühlersystems anpassen. Umfaßt dieses System z.B. eine leistungsfähige Ölpumpe, können die Vertiefungen tiefer ausgeführt werden, da das System in diesem Fall einen größeren Öldruckverlust verkraften kann.
Abschließend sei noch darauf hingewiesen, dar sich ähnliche Vertiefungen und/oder Buckel in vorteilhafter Weise auch auf der Innenfläche des Innenrohrs vorsehen lassen, so z.B. gegenüber dem von dem umgebenden Kühlmittel durchströmten Kanal.

Claims

1. Ölkühler für ein Kraftfahrzeug, ausgestattet mit einem Außenrohr (1) sowie einem Innenrohr (2), wobei das Innenrohr (2) in dem Außenrohr (1) verläuft und über eine Außenfläche verfügt, die zusammen mit der Innenfläche des Außenrohres (1) einen beidseitig verschlossenen Ringkanal (3) bildet, durch den das zu kühlende Öl von einen an einem Ende dieser Rohre vorgesehenen Einlaß (4) zu einem an ihrem anderen Ende angeordneten Auslaß (6) strömt, sowie mit in dem Ringkanal (3) angeordneten Mitteln (8) zur Gewährleistung des Wärmeübergangs von dem durchströmenden Öl auf die umgebenden Rohrwände und mehreren verwirbelungsbildenden napfförmigen Vertiefungen (9) in der Außenfläche des Außenrohrs (1) für das Kühlmittel (10), in dem der Ölkühler eingetaucht angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Außenfläche des Außenrohres (1) zudem verwirbelungsbildende gewölbte Buckel vorgesehen sind.

2. Ölkühler gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ähnliche napfförmige Vertiefungen und gewölbte Buckel auch auf der Innenfäche des Innenrohres (2) vorgesehen sind.

3. Ölkühler gemäß Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die napfförmigen Vertiefungen und gewölbten Buckel kreisrund sind und einen Durchmesser von ca. 6 mm aufweisen.

4. Ölkühler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die napfförmigen Vertiefungen und gewölbten Buckel in Längsrichtung der Rohre (1,2) in mehreren Reihen angeordnet sind, wobei sich diese Reihen gleichmäßig über den Umfang der Rohre (1,2) verteilen.

5. Ölkühler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die napfförmigen Vertiefungen und gewölbten Buckel nebeneinanderliegender Reihen gegeneinander versetzt angeordnet sind.

6. Ölkühler gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die napfförmigen Vertiefungen und gewölbten Buckel zweier nebeneinanderliegender Reihen um etwa 5,75 mm gegeneinander versetzt angeordnet sind.

7. Ölkühler gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Mittelpunkten zweier nebeneinanderliegender napfförmiger Vertiefungen oder gewölbter Buckel derselben Reihe etwa 11,5 mm beträgt.