EP1774242B1

EP1774242B1 - Kühler, insbesondere kühler für fahrzeuge

Info

Publication number: EP1774242B1
Application number: EP05768706A
Authority: EP
Inventors: Joachim Kopp; Wolfgang Kramer; Juan Antonio Lopez Rico; Thomas Ruppel
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2005-07-25
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2025-07-25
Also published as: DE502005006705D1; WO2006010582A1; US20080000437A1; DE102004036019A1; EP1774242A1; ATE423954T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kühler, insbesondere einen Kühler wie er in Fahrzeugen Verwendung findet und vorzugsweise in den Kühlkreislauf für eine Brennkraftmaschine integriert ist. Derartige Kühler sind üblicherweise als sogenannte Röhrenkühler ausgebildet, bei denen sich zwischen zwei vorzugsweise vertikal ausgerichteten Sammelrohren in Längsrichtung parallel zueinander verlaufende Kühlrohre erstrecken. Dabei findet ein Fluss von einem Kühlmittel von einem Sammelrohr durch die Kühlrohre hin zum anderen Sammelrohr statt. Im Bereich der Kühlrohre besteht ein Wärmeaustausch mit einem in Querrichtung der Erstreckung, also der Breite des Kühlers verlaufenden Rohrs, strömenden, vorzugsweise gasförmigen Kühlmediums, wie Umgebungsluft.
Dabei ist es bekannt, zur Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche zwischen den Kühlrohren Wellenrippen anzuordnen. Bei den Wellenrippen handelt es sich insbesondere um ein wellenförmig ausgebildetes schmales Blechband, dessen Kammlinien sich in Richtung der Breite des Kühlers erstrecken und die entlang der Kammlinien alternierend an einem unteren bzw. oberen Kühlrohr befestigt gehalten sind, wobei sie insbesondere durch Löten mit den Kühlrohren verbunden sind.
Darüber hinaus ist es bekannt, oberhalb des obersten und unterhalb des untersten Kühlrohrs des Kühlers jeweils auch Wellenrippen vorzusehen. Zum Schutz der Wellenrippen vor Beschädigung und um einen stabilen Abschluss des Kühlers herzustellen, ist es bekannt, auf wenigstens einer der Seiten, die sich parallel zu den Kühlrohren und über die Breite des Kühlers hinweg erstrecken, ein Seitenblech vorzusehen.
Dabei ist es bekannt, dass Seitenbleche den Nachteil aufweisen, dass sie aufgrund eines anderen Wärmeausdehnungsverhaltens und aufgrund der Tatsache, dass sie sich in einem anderen Temperaturbereich als die Kühlrohre befinden, eine unterschiedliche Wärmeausdehnung in Längsrichtung der Kühlrohre gegeben ist. Aufgrund dieser unterschiedlichen Wärmeausdehnung treten insbesondere an den äußeren Kühlrohren Dehnbelastungen auf, die über eine Anzahl von thermischen Lastspielen hinweg zu Undichtigkeiten im Kühler führen können, insbesondere im Wurzelbereich der außenliegenden Kühlrohre.
Ein Kühler, wie er insbesondere als Kühler für Fahrzeuge dient, weist zwei sich in Hochrichtung erstreckende Sammelrohre auf. Die Sammelrohre sind dabei in Längsrichtung über parallel zueinander verlaufende Kühlrohre fluidisch miteinander verbunden. Zwischen den Kühlrohren sind dabei Wellenrippen angeordnet, deren Kammlinien in Richtung der Breite des Kühlers verlaufen und alternierend beidseitig jeweils an einem Kühlrohr anliegen. Darüber hinaus ist wenigstens ein Seitenblech vorgesehen, welches sich außenseitig zwischen den Sammelrohren parallel zu den Kühlrohren erstreckt und in seiner Breite im Wesentlichen der Breite der Wellenrippen entspricht. Dabei weist das wenigstens eine Seitenblech zu den Sammelrohren benachbarten Bereichen eine Materialschwächung, wie beispielsweise in der EP 0 748 995 A2 gezeigt.
Durch diese Materialschwächung wird erreicht, dass vom Seitenblech eine Lastübertragung auf die Wellenrippen und das dem Seitenblech benachbarte Kühlrohr eine Kraftübertragung so erfolgt, dass diese frei von Spannungsspitzen aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnung ist. Insbesondere ist im Bereich der Seitenbleche eine solche Materialschwächung gegeben, dass die unterschiedliche thermische Ausdehnung durch elastische Verformung aufgefangen werden kann.
Dabei kann insbesondere der Nachteil ausgeglichen werden, dass aufgrund von Montagemanipulationen und Fertigungstoleranzen ein Befestigen der Wellenrippen am Kühlrohr bzw. beim Befestigen des Seitenblechs auf den Wellenrippen im Bereich der randständigen Wellenrippen, beispielsweise durch Zusammenschieben der Wellenrippen und einen geringfügigen Überschuss an Lötmasse beim Verlöten, ein Verblocken der Wellenrippen entsteht, so dass in dem Bereich, welcher zu den Sammelrohren benachbart ist, eine erhöhte Steifigkeit der Wellenrippen hinsichtlich der Längsausdehnung gegeben ist.
Dabei kann, die Materialschwächung in einer Reduktion der Breite des Materials des Seitenblechs im zum Sammelrohr benachbarten Bereich bestehen. Hierdurch wird die hohe Flexibilität und geringe Steifigkeit des Seitenteils insbesondere in dem Bereich erzeugt, in dem ansonsten die höchste Lastüberleitung von Seitenblech auf Kühlrohr über die Wellenrippen stattfindet. Dabei entspricht es vorteilhafter Ausgestaltung, wenn die Reduktion der Breite des Materials derart ausgebildet ist, dass das Seitenblech auf wenigstens einer Seite eine durchgehende, lineare Seitenkante in Längsrichtung des Kühlers aufweist. Durch diese Seitenkante wird zum Beispiel ein geradliniger, linearer vorderer oder hinterer Abschluss des Kühlerblechs geschaffen, welcher nicht durch eine Verringerung des Querschnitts in seiner Kontur verändert ist. Diese Maßnahme schafft insbesondere eine definierte Außenkontur des Kühlers beispielsweise in Blickseite.
Aufgabe der Erfindung ist es, Seitenbleche so auszubilden, dass Beschädigungen des Kühlers zuverlässig vermieden werden.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, das Seitenbleich im Bereich der Materialschwächung aus einer geringen Anzahl, beispielsweise bis zu fünf schmalen Materialfingern, zu bilden. Jeder der Materialfinger ist dabei ein gegenüber der Breite des Seitenstreifens schmaler Materialsteg, der von einem Grundkörper des Seitenblechs in Richtung auf das Sammelrohr abragt bzw. sich bis zum Sammelrohr erstreckt. Insbesondere erstreckt sich der Materialfinger hin zum letzten Wellenkamm einer Wellenrippe. Die Ausbildung von schmalen Materialfingern ermöglicht eine weiche Gestaltung des Seitenblechs im Bereich der Finger. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass jeweils ein Finger randständig ausgebildet ist, so dass eine nach außen hin durchlaufende Seitenkante des Seitenblechs geschaffen ist. Die Anzahl der Materialfinger ist entsprechend den Bedürfnissen an Steifigkeit und Flexibilität zu bestimmen.
Weiterhin sind sich in Längsrichtung erstreckende Versteifungen vorgesehen die durch eine Überhöhung in der Profilbildung in Hochrichtung bestehen. Durch diese Aussteifung in Hochrichtung werden trägerähnliche Versteifungen geschaffen, welche vor allem die Kraftaufnahme und Lastaufnahme in Hochrichtung des Materialschwächungsbereichs erhöhen. Diese müssen vor allem dem Effekt entgegenwirken, dass aufgrund des Drucks anstehender Kühlflüssigkeit in den Kühlrohren eine Tendenz zur Bombierung der Kühlrohre nach außen besteht. Andererseits muss die Steifigkeit so gewählt sein, dass der thermische Längenausgleich dennoch möglich ist.
Gemäß besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Seitenblech ausschließlich an Wellenrippen befestigt, insbesondere mit diesen durch Löten verbunden ist. Das ausschließliche Befestigen des Seitenblechs an den Wellenrippen vermeidet eine Verbindung des Seitenblechs mit den Sammelrohren, so dass in diesem Bereich keine steife Abstützung vom Seitenblech zu den Sammelrohren gegeben ist, die zu Spannungen aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnung bezüglich dem benachbarten Kühlrohr führt, welche durch ein Wellenblech übertragen werden. Das Wellenblech ist also gegenüber den Sammelrohren schwimmend auf den Kammlinien der Wellenrippen gelagert. In bevorzugter Ausgestaltung ist dabei vorgesehen, dass zwischen Seitenblech und Sammelrohr ein seitenblechfreier Spalt ausgebildet ist. Das Seitenblech erstreckt sich also nicht unmittelbar hin bis zu den Sammelrohren, sondern ist von diesen um einen Spalt beabstandet. Dieser Spalt dient zum einen als Ausdehnungsraum für das Seitenblech in Längsrichtung und zum anderen wird verhindert, dass Kräfte vom Seitenblech über die letzten Flanken der Wellenrippen in das benachbarte Kühlrohr eingeleitet werden und im Bereich dessen Fußpunkts am Sammelrohr Kräfte eingeleitet werden, welche zu Undichtigkeiten des Kühlers führen könnten. Es entspricht dabei bevorzugter Ausgestaltung, wenn der Spalt eine Spaltbreite aufweist, die eine Anzahl von Perioden der Wellen des Wellenblechs, also über eine gewisse Anzahl von Kammlinien des Wellenblechs hinweg erstreckt. Die Anzahl der Kammlinien liegt dabei vorzugsweise unterhalb von 20 und insbesondere zwischen 5 und 15. Durch diese Maßnahme ist einerseits eine hinreichende Versteifung des Kühlers in Längsrichtung sichergestellt und andererseits ist dennoch zuverlässig vermieden, dass im Bereich der Befestigung der Kühlrohre an den Sammelrohren Kräfte eingeleitet werden, die die Dichtigkeit in diesem Bereich infrage stellen würden.
Im Übrigen ist die Erfindung nachfolgend auch anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert; dabei zeigt:

Figur 1: in 3D-Ansicht einen Auszug aus einem Kühler;
Figuren 2a bis 2e: in schematischer Darstellung unterschiedlich gestaltete Seitenbleche;
Figuren 3a, 3b, 5a, 5b, 6a, 6b: jeweils in schematischer Seitenansicht und schematischer Aufsicht unterschiedlich gestaltete Seitenbleche für Kühler in ihrer Anordnung am Kühler;
Figuren 4a, 4b: in schematischer Seitenansicht und schematischer Aufsicht dargestelltes Seitenblech für den erfindungsgemäßen Kühler.

Die Figur 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Kühler 10 in dreidimensionaler Darstellung. Der Kühler wird aus einem Sammelrohr 11 gebildet, welcher sich in Richtung der Hochachse, also der Vertikalen erstreckt. In Längsrichtung zwischen zwei Sammelrohren 11 erstrecken sich Kühlrohre 12, wobei jeweils zwischen zwei Kühlrohren Wellenrippen 13 angeordnet sind, die Kammlinien 14 aufweisen, welche in Richtung der Breite B des Kühlers verlaufen. Dabei sind die Kammlinien 14 der Wellen rippen jeweils in Anlage mit einem oberhalb bzw. unterhalb angeordneten Kühlrohr 12 und mit diesem durch Löten verbunden. Auf der obersten Wellenrippe 13 ist an der Oberseite das Seitenblech 40 befestigt, wobei dieses insbesondere durch Löten mit den Kammlinien der Wellenrippen 13 verbunden ist. Dabei weist das Seitenblech eine Breite b, die im Wesentlichen der Breite B des Kühlers und der Wellenrippen 13 entspricht.
Dabei zeigt das Ausführungsbeispiel der Figur 1 eine Ausführungsform, bei der in einem Bereich 49, welcher dem Sammelrohr 11 benachbart ist, das Seitenblech in seiner Steifigkeit dadurch geschwächt ist, dass das Seitenblech lediglich aus zwei Materialfingern 43 besteht, die sich bis hin zum innenliegenden Rand des Sammelrohrs 11, welcher insbesondere als Rohrboden 15 ausgebildet ist, heranreicht. Dabei sind die beiden Materialfinger 43 so angeordnet, dass sie bezüglich der äußeren Seitenkante 42 des Seitenblechs nach innen versetzt sind.
Die nachfolgenden Figuren 2a bis 6b zeigen dabei in Prinzipskizzen unterschiedliche Ausführungsformen von Seitenblechen wobei jeweils die Figur 2a, 3a, 4a, 5a und 6a in schematischer Darstellung eine Seitenansicht zeigen, während die nachfolgenden Figuren 2b, ... 2e, 3b, ... 6b jeweils entsprechende Aufsichten auf demgemäß gestaltete Seitenbleche zeigen.
Die Figur 2a zeigt den Rohrboden 15 eines Sammelrohrs 11 eines Kühlers 10 und ein im Rohrboden gehaltenes Kühlrohr 12, wobei es sich bei dem Kühlrohr 12 um das oberste Kühlrohr handelt. An seiner Oberseite sind die Wellenrippen 13 angeordnet. Gemäß der dargestellten Ausführungsform ist dabei ein Schwächungsbereich 49 dadurch gebildet, dass das auf der Oberseite der Wellenrippen 13 gehaltene Seitenblech 40 sich nicht bis hin zum Rohrboden 15 erstreckt, sondern ein Bereich 49 ausgebildet ist, in dem kein Seitenblech vorgesehen ist. Dabei erstreckt sich der Bereich 49 über mehrere Perioden von Wellen der Wellenrippen 13.
Die Figur 2b zeigt in Aufsicht die Ausführungsform der Figur 2a. Das Seitenblech 40 erstreckt sich nur bis hin zu einem Bereich 49, der sich zwischen dem Seitenblech 40 und dem Rohrboden 15 des Sammelrohrs 11 erstreckt. Dabei sind in der Aufsicht im Bereich 49 mehrere Kammlinien 14 der Wellenrippen 13 ersichtlich, welche nicht durch das Seitenblech 40 abgedeckt sind. Das Seitenblech ist in den Ausführungsformen gemäß der Figur 2 jeweils ausschließlich durch Verlöten mit anliegenden Kammlinien 14 der Wellenrippen 13 verbunden, so wie auch die Wellenrippen 13 mit dem darunter liegenden Kühlrohr 12 durch Verlöten in den unteren Kammlinien 14 verbunden sind.
Die Ausführungsformen gemäß den Figuren 2c bis 2e zeigen dabei jeweils entsprechende Ausgestaltungen, die sich lediglich in der Gestaltung des Seitenblechs 40 von der Ausführungsform gemäß den Figuren 2a und 2b unterscheiden. Dabei ist das Seitenblech gemäß den Figuren 2c bis 2e jeweils so gestaltet, dass es sich nahezu bis hin zum Rohrboden 15 und damit zum Sammelrohr 11 erstreckt und insgesamt höchstens eine geringe Anzahl, beispielsweise ein oder zwei Kammlinien 14 der Wellenrippen nicht mit dem Seitenblech 40 in Verbindung stehen. Allen drei Ausführungsformen ist es gemeinsam, dass in dem Bereich 49 jeweils eine Verjüngung des Seitenblechs in seiner Breite b stattfindet. Dabei läuft das Seitenblech 40 in der Ausführungsform gemäß der Figur 2c spitz zu, wobei die Spitze in der Mitte der Breite B des Kühlers 10 ausgebildet ist, wobei in der Figur 2d die Spitze des Seitenblechs 40 im Bereich einer Seitenkante 42 liegt, so dass die Seitenkante 42 wenigstens auf einer Seite des Kühlers wenigstens bis nahezu an den Rohrboden 15 sich über die gesamte Länge des Kühlers hinweg erstreckt. Die Figur 2e zeigt dabei eine Ausgestaltung, wobei die Breite b des Seitenblechs beidseitig kontinuierlich verjüngt ist, je näher der Schwächungsbereich 49 am Rohrboden 15 ist. Es findet nahezu ein Übergang zu einem fingerförmigen Abschnitt des Seitenblechs 40 statt. Durch das Verjüngen des Seitenblechs 40 wird in diesem Bereich die Übertragung von Kräften auf die Wellenrippen 13 auf einen größeren Bereich verteilt. Durch die Wellenrippen 13 im Verjüngungsbereich findet die Krafteinleitung in einem größeren Bereich des Kühlrohrs 12 statt, so dass lokal keine Spitzenlasten auftreten, die insbesondere im Wurzelbereich des Kühlrohrs 12 am Rohrboden 15 Spannungsbereiche zur Folge haben können.
Auch die Figuren 3a und 3b sowie die Figuren 4a und 4b zeigen jeweils in schematisch geschnittener Seitenansicht bzw. Aufsicht eine Ausführungsform eines Seitenblechs mit einem Schwächungsbereich in Nachbarschaft zu dem Sammelrohr 11. Wiederum ist im Grundaufbau das Sammelrohr 11 mit seinem Rohrboden 15 zu sehen. In den Rohrboden eingesetzt und mit diesem durch Löten dicht verbunden ist das Kühlrohr 12, wobei wiederum nur ein Kühlrohr dargestellt ist. Auf dem Kühlrohr 12 sind die Wellenrippen 13 angeordnet, wobei die unteren Kammlinien 14 durch Löten mit Kühlrohr 12 verbunden sind. Im Bereich der oberen Kammlinien 14 ist das Seitenteil 40 jeweils mit den Wellenrippen 13 verbunden, wobei das Seitenteil 40 jeweils nur knapp ist an den Rohrboden 15 heranreicht und zu diesem um einen schmalen Spalt 47 beabstandet ist.
Den beiden Ausführungsformen gemäß den Figuren 3 und 4 ist gemeinsam, dass in einem Schwächungsbereich 49 des Seitenblechs 40 eine Versteifung 44 ausgebildet ist, welche sich in Längsrichtung des Seitenblechs 40 erstreckt, jedoch in Hochrichtung über den restlichen Verlauf des Seitenblechs 40 erhaben ist.
Dabei zeigen die Figuren 3a und 3b ein Ausführungsbeispiel, wobei benachbart zu dem Schwächungsbereich 49 das Seitenblech 40 eine Ausbiegung 45 aufweist, welche eine in Richtung der Breite b des Seitenblechs verlaufende Kammlinie 46 aufweist. Diese Ausbiegung 45 sorgt für eine hohe Flexibilität des Schwächungsbereichs 49, welcher insbesondere durch ein Verbiegen des Seitenblechs im Bereich der Ausbiegung 45 und eine hohe Dehnbarkeit in Längsrichtung des Seitenblechs 40 gegeben ist.
Die erfindungsgemäße Ausführungsform gemäß den Figuren 4a und 4b zeigt - wie Figur 1 - eine Gestaltung, bei der der Schwächungsbereich 49 durch Finger 43 gebildet ist, wobei sich die Versteifungen 44 über die Finger hinweg bis in den ungeschwächten Bereich des Seitenblechs 40 hineinerstecken. Die Finger 43 sind somit gegen ein Verbiegen in Hochrichtung, nämlich der Vertikalrichtung durch die Versteifungen 44 geschützt. Lediglich dadurch, dass sich im Bereich der Finger 43 das Seitenblech 40 nicht über die gesamte Breite B des Kühlers erstreckt, ist sichergestellt, dass keine zu große Versteifung im Fußbereich der Kühlrohre 12 am Rohrboden 15 gegeben ist.
Die Figuren 5a und 5b zeigen eine Ausführungsform, bei der als Schwächung Aussparungen 48 im Material des Seitenblechs 40 gegeben sind. Auch hierbei ist im Übergangsbereich zwischen dem Schwächungsbereich 49 und dem restlichen Abschnitt des Seitenblechs 40 eine Ausbiegung 45 ausgebildet, wobei im Bereich der Ausbiegung 45 auch eine Schwächung des Seitenblechs 40 dadurch gegeben ist, dass sich in diesem Bereich das Seitenblech 40 nicht über die vollständige Breite B des Kühlers 10 erstreckt. Dabei sind die Aussparungen 48 insbesondere als Ausstanzungen im Material des Seitenblechs 40 ausgebildet, so dass eine weitgehend geschlossene Kontur des Seitenblechs gegeben ist. Bis auf den Bereich der Ausbiegung 45 erstreckt sich eine kontinuierlich durchgehende Seitenkante 42 des Seitenblechs auf beiden Seiten des Kühlers 10 am Rand der Wellenrippen 13.
Die Ausführungsform gemäß den Figuren 6a und 6b entspricht dabei der Ausgestaltung der Figuren 5a und 5b, wobei lediglich auf die Aussparungen 48 verzichtet wurde, soweit diese nicht im Bereich der Ausbiegung 45 ausgebildet sind.

Claims

Kühler (10), insbesondere Kühler (10) für Fahrzeuge, mit sich zwischen zwei in Hochrichtung verlaufenden Sammlern, wie Sammelrohren (11) erstreckenden, in Längsrichtung parallel zueinander verlaufenden Kühlrohren (12) und mit zwischen den Kühlrohren (12) angeordneten Wellenrippen (13), deren Kammlinien (14) in Richtung der Breite des Kühlers (10) verlaufen, und wenigstens einem Seitenblech (40), das sich außenseitig zwischen den Sammelrohren (11) parallel zu den Kühlrohren (12) erstreckt und in der Breite (b) im Wesentlichen der Breite (B) der Wellenrippen (13) entspricht, wobei das wenigstens eine Seitenblech (40) in zu den Sammelrohren (11) benachbarten Bereichen (49) eine Materialschwächung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Seitenblech (40) im Bereich der Materialschwächung aus einer geringen Anzahl von schmalen Materialfingern (43) besteht und im Bereich der Materialschwächung sich in Längsrichtung erstreckende, durch Profilbildung in Hochrichtung gebildete Versteifungen (44) vorgesehen sind und wobei sich die Versteifungen über die Finger hinweg bis in den ungeschwächten Bereich hinein erstrecken.
Kühler (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Seitenblech (40) ausschließlich an den Wellenrippen (13) befestigt und insbesondere mit diesem durch Löten, vorzugsweise Hartlöten verbunden ist.
Kühler (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Seitenblech (40) zum Sammelrohr (11) einen Spalt (47) aufweist.
Kühler (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (47) eine Spaltbreite aufweist, die sich über eine Anzahl von Perioden der Wellen des Wellenblechs (13) erstreckt, insbesondere über weniger als 20, vorzugsweise über ca. 5 bis 15 Wellenrippen.