EP2652284A1 - Sammelbehälter - Google Patents

Sammelbehälter

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Publication number
EP2652284A1
EP2652284A1 EP11794153.4A EP11794153A EP2652284A1 EP 2652284 A1 EP2652284 A1 EP 2652284A1 EP 11794153 A EP11794153 A EP 11794153A EP 2652284 A1 EP2652284 A1 EP 2652284A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
impeller
coolant pump
coolant
collecting container
Prior art date
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Ceased
Application number
EP11794153.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Holger Conrad
Oliver Gebhardt
Rüdiger Knauß
André MAEDER
Frank Stoll
Andrea Teubner
Andreas GRÜNER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mahle International GmbH filed Critical Mahle International GmbH
Publication of EP2652284A1 publication Critical patent/EP2652284A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P11/00—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F01P1/00 - F01P9/00
    • F01P11/02—Liquid-coolant filling, overflow, venting, or draining devices
    • F01P11/029—Expansion reservoirs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/16—Pumping installations or systems with storage reservoirs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
    • F04D29/2205—Conventional flow pattern
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    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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    • F28F9/0202—Header boxes having their inner space divided by partitions
    • F28F9/0204—Header boxes having their inner space divided by partitions for elongated header box, e.g. with transversal and longitudinal partitions
    • F28F9/0209—Header boxes having their inner space divided by partitions for elongated header box, e.g. with transversal and longitudinal partitions having only transversal partitions
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01P2060/12—Turbo charger
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    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P5/00—Pumping cooling-air or liquid coolants
    • F01P5/10—Pumping liquid coolant; Arrangements of coolant pumps
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    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/008—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
    • F28D2021/0082—Charged air coolers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/08—Fluid driving means, e.g. pumps, fans

Definitions

  • the present invention relates to a collecting container of a
  • the invention also relates to a heat exchanger equipped with such a collecting container and to an internal combustion engine equipped with such a heat exchanger.
  • a charge air cooler which is composed of flat tubes, corrugated fins, collecting tanks and connecting pieces, wherein these individual parts are soldered together.
  • a known from parallel flow condensers construction principle was transferred to the intercooler by this was arranged in a through-flow of the charge air ble housing.
  • a disadvantage of the known prior art is that the heat exchanger, intercooler is provided in each case as a separate component in a cooling circuit and can not be operated without a separate coolant pump.
  • the present invention deals with the problem, for a
  • Heat exchanger in particular a charge air cooler, an improved
  • the invention is based on the general idea, in a reservoir for liquid coolant integrated into a fluid circuit
  • Heat exchanger of an internal combustion engine to integrate a coolant pump for conveying the liquid coolant, thereby avoiding a separate installation of the same, combined with an increased space requirement and increased assembly costs.
  • a coolant pump for conveying the liquid coolant, thereby avoiding a separate installation of the same, combined with an increased space requirement and increased assembly costs.
  • the coolant pump can be integrated into the collecting container or the heat exchanger in such a way that it can be easily removed or exchanged, for example for maintenance purposes.
  • Coolant pump can also be inserted in a detachable or non-detachable manner in a recess arranged on the collecting container, for example screwed or clipped or welded thereto, whereby the assembly of the coolant pump on the collecting container additionally simplified.
  • Recess may, for example, the entire reservoir made of plastic, in particular as a plastic injection molded part, be formed, whereby on the one hand cost and on the other hand very high quality production of the collecting container and thus the heat exchanger are possible.
  • the coolant pump has an impeller which is produced as a one-piece or one-piece plastic part and is therefore inexpensive and easy to manufacture.
  • the impeller used in the invention is from EP 1977144 known.
  • the width of a blade channel in the meridian section increases from a flow entering the impeller to a flow outlet from the same continuously such that the ratio of a discharge width to an inlet width in the range between 1, 01 and 1, 2.
  • a substantial reduction in the flow velocity to the impeller outlet is effected both with closed impellers with simply curved blades and with closed impellers with spatially curved blades.
  • the impeller Under consideration of the energy balance, the impeller inevitably causes an increase in the static pressure inside the impeller, whereby the area of the implosion of the cavitation bubbles and thus also the wear resulting from this implosion of the cavitation bubbles and the cavitation erosion from the component and assemblies downstream of the impeller into the plastic manufactured impeller is laid. Since the plastic of the impeller in comparison to cast aluminum, for example. The components downstream of the impeller has a much higher resistance to cavitation erosion, by the inventive solution due to the effect of the invention, the displacement of the range of cavitation erosion in the impeller inevitably the effects of Kavitationsverschl founded devises at the wheel
  • Flow speed and the respective exit angles beyond the exit width can be dimensioned professionally (for example, after the speed triangle).
  • the larger exit width can be compensated by other parameters such as, for example, a smaller exit angle, the blade thickness, etc. All pages required by the respective user
  • Performance data such as delivery head and volumetric flow
  • the ratio of the outlet width to the inlet width should be approximately in the range between 1, 01 and 1, 2, as reinforced with increasing exit width
  • Fig. 1 a, b a collecting container according to the invention from various
  • FIG. 3a, b in turn two views of a collection container with a in one
  • Fig. 5 is a sectional view taken along the sectional plane A-A.
  • An inventive container 2 for cooling liquid can on
  • heat exchangers 1 are used. Most have as heat exchanger tubes flat tubes or round tubes for the cooling liquid, and tube plates that receive the heat exchanger tubes.
  • the side cooled by means of the cooling liquid may have cut lamellae when a gas or gas mixture, e.g. Air or exhaust gas to be cooled or turbulence generator when another liquid is to be cooled.
  • a gas or gas mixture e.g. Air or exhaust gas to be cooled or turbulence generator when another liquid is to be cooled.
  • Heat exchanger 1 I or U shaped.
  • I-shaped flowed through by the coolant heat exchanger is located at the two opposite ends of the heat exchanger tubes each have a bare floor with associated collecting container 2 and associated connection piece.
  • U-shaped flowed through by the coolant heat exchanger both nozzles are on the same
  • the one collecting tank 2 has an inner partition wall for separating inflowing refrigerant from outflowing.
  • Heat exchanger tubes is a kind Umlenksammeltician.
  • the integration of the coolant pump 3 according to the invention in each of the aforementioned collection container 2 can be made.
  • An impeller 9 used for this purpose according to the invention always sucks axially and always expels the liquid radially.
  • the collecting container 2 for coolant, wherein in the collecting container 2, a coolant pump 3 for conveying the coolant by means of one of the impeller 9 generated pressure difference is integrated.
  • the collecting container 2 has a recess 4 into which the coolant pump 3 can be inserted in a sealed manner.
  • a fixing of the coolant pump 3 in the recess 4 can, for example.
  • the collection container 2 made of plastic, in particular as a plastic injection molded part, and thereby formed inexpensively and of high quality.
  • Fig. 1 a If one looks at the Fig. 1 a in comparison to Fig. 2a, it can be seen that an axis of the recess 4 and thus an axis of the coolant pump 3 are arranged either parallel to an outlet 5 and an inlet 6 on the collecting container 2 (see. Fig. 1 a) or orthogonal thereto (see Fig. 2a).
  • the outlet and inlet 5, 6 can also be designed in the opposite way; they form the connection pieces shown, to which suitable coolant-carrying hoses or the like can be connected.
  • FIGS. 1 a and 1 b show two views of a first exemplary embodiment, and in FIGS. 2 a and 2 b two views of a second embodiment
  • Embodiment The difference is the arrangement of the coolant pump 3 in comparison to the collecting container 2.
  • Coolant pump 3 is arranged at an angle to the heat exchanger tubes, not shown. Since the impeller 9 used according to the invention always draws in axially, the interior of the collecting container 2 must be designed so that an optimum flow is possible. This can be done by the skillful
  • the collecting container 2 is separated by an ideal way, the heat exchanger 1 in two equal parts separating partition 22 in a Inlet header 20 and an outlet header 21 or vice versa split, this is a U-shaped flow-through heat exchanger.
  • the coolant pump 3 can also flow in a U-shaped
  • Heat exchanger 1 in the so-called deflection collection container may be arranged. If we have an I-shaped flow-through heat exchanger, the pump 3 can be arranged in one of the two collecting containers 2, which respectively completely form the inlet collecting space 20 or the outlet collecting space 21.
  • the collecting container 2 are by suitable means with the
  • the collection container 2 can in this case
  • Embodiment one or more pieces be formed, the individual parts are then advantageously welded together.
  • Coolant pump 3 arranged parallel to the heat exchanger tubes, not shown. Also, this embodiment shows a U-shaped
  • the collecting container 2 has a partition wall 22, which tightly separates the inlet collecting space 20 from the outlet collecting space 21 by means of a seal.
  • the outlet collection chamber 21 is a
  • the outlet 6 is here so formed on the collecting container 2, that it can be flowed only via the coolant pump 3 and an opening 23 from the outlet collecting space 21 ago.
  • the coolant pump 3 has an electric motor 7 with a helical, hydraulic pump part 8 and an impeller 9, in particular as a one-piece or as one piece Plastic part, in particular plastic injection molded part, is made.
  • an electric motor 7 with a helical, hydraulic pump part 8 and an impeller 9, in particular as a one-piece or as one piece Plastic part, in particular plastic injection molded part, is made.
  • Recess 4 is shown in FIGS. 3a, b, the impeller 9 together with his
  • the coolant pump 3 itself has the hydraulic pump part 8, which like a Strömungsleitkontur on the
  • Coolant acts and causes the cooling liquid to the outlet 6 is guided. It is designed flow-optimized, so that as little as possible
  • a lid 25 seals outward to the environment
  • connection for the electric motor 7 can be guided here or through the wall of the recess 4.
  • the structure of the coolant pump 3 is equivalent.
  • Impeller 9 in the sectional view of FIG. 6 has a bottom 1 1 and a ceiling 12 which are integrally formed with the blades 10.
  • an exit width b2 is increased in relation to the entry width b1, wherein the ratio of the exit width b2 to the entry width b1 is preferably in the range between 1, 01 and 1, 2.
  • the impeller 9 shown in Figures 4.5 may be formed as a Francis paddle wheel with spatially curved blades or as Diagonalschaufelrad. Such paddle wheels are known in principle from the prior art, but not in such a way that the outlet width b2 is significantly greater than the inlet width b1. Nor are such wheels in a one-piece or one-piece embodiment known.
  • Blade channels meridian in the flow from entering the impeller 9 to the flow outlet from the impeller 9 both closed impellers as 9 with simple curved blades 10 and closed impellers 9 spatially curved blades cost as one-piece plastic parts produce the effects of Kavitationsverschleisses to the impeller Downstream components / assemblies to minimize and at the same time the hydraulic efficiency and the absorption behavior of the respective

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sammelbehälter (2) für flüssiges Kühlmittel eines flüssigkeitsgekühlten Wärmetauschers eines Verbrennungsmotors, wobei in den Sammelbehälter (2) eine Kühlmittelpumpe (3) zum Fördern des Kühlmittels integriert ist. Hierdurch kann eine bauraumoptimierte und montagefreundliche Lösung erreicht werden.

Description

Sammelbehälter
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sammelbehälter eines
flüssigkeitsgekühlten Wärmetauschers. Die Erfindung betrifft außerdem einen mit einem derartigen Sammelbehälter ausgestatteten Wärmetauscher und einen mit einem derartigen Wärmetauscher ausgestatteten Verbrennungsmotor.
Aus der EP 1 795 847 A2 ist ein Ladeluftkühler bekannt, der aus Flachrohren, Wellrippen, Sammelkästen und Anschlussstutzen zusammengesetzt ist, wobei diese Einzelteile miteinander verlötet sind. Um die Anzahl der Einzelteile des Ladeluftkühlers reduzieren zu können und dadurch eine bessere Herstellbarkeit zu erreichen, wurde ein von Parallelstromkondensatoren bekanntes Bauprinzip auf den Ladeluftkühler übertragen, indem dieser in einem von der Ladeluft durchström baren Gehäuse angeordnet wurde.
Weitere Ladeluftkühler sind bspw. aus der EP 1 785 609 A1 , EP 584 850 A1 bekannt.
Nachteilig bei dem bekannten Stand der Technik ist, dass der Wärmetauscher, Ladeluftkühler jeweils als separates Bauteil in einem Kühlkreislauf vorgesehen ist und ohne eine separate Kühlmittelpumpe nicht betrieben werden kann.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen
Wärmetauscher, insbesondere einen Ladeluftkühler, eine verbesserte
Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine kompakte
Bauform auszeichnet. Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der
unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, in einen Sammelbehälter für flüssiges Kühlmittel eines in einen Flüssigkeitskreislauf integrierten
Wärmetauschers eines Verbrennungsmotors eine Kühlmittelpumpe zum Fördern des flüssigen Kühlmittels zu integrieren und dadurch eine separate Montage derselben, verbunden mit einem erhöhten Bauraumbedarf und einem erhöhten Montageaufwand, zu vermeiden. Durch die Integration der Kühlmittelpumpe in den Sammelbehälter eines Wärmetauschers ist es möglich, eine insgesamt deutlich kompaktere Bauweise zu erreichen, was insbesondere im Hinblick auf ein stetig schrumpfendes Platzangebot in modernen Motorräumen von großem Vorteil ist. Die Kühlmittelpumpe kann dabei selbstverständlich derart in den Sammelbehälter bzw. den Wärmetauscher integriert sein, dass diese, bspw. zu Wartungszwecken, einfach zu entnehmen bzw. auszutauschen ist. Die
Kühlmittelpumpe kann darüber hinaus dichtend in eine am Sammelbehälter angeordnete Ausnehmung lösbar oder unlösbar eingesteckt, bspw. mit dieser verschraubt bzw. verclipst oder verschweißt werden, wodurch sich die Montage der Kühlmittelpumpe am Sammelbehälter zusätzlich vereinfacht. Die
Ausnehmung kann wie bspw. der gesamte Sammelbehälter aus Kunststoff, insbesondere als Kunststoffspritzgussteil, ausgebildet sein, wodurch eine einerseits kostengünstige und andererseits qualitativ sehr hochwertige Fertigung des Sammelbehälters und damit auch des Wärmetauschers möglich sind.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung, weist die Kühlmittelpumpe ein Laufrad auf, das als einteiliges oder einstückiges Kunststoffteil hergestellt und dadurch kostengünstig und einfach zu fertigen ist. Das erfindungsgemäß verwendete Laufrad ist aus der EP 1977144 bekannt. Die Breite eines Schaufelkanals im Meridianschnitt vergrößert sich dabei von einem Strömungseintritt in das Laufrad bis zu einem Strömungsaustritt aus demselben kontinuierlich derart, dass das Verhältnis einer Austrittsbreite zu einer Eintrittsbreite im Bereich zwischen 1 ,01 und 1 ,2 liegt. In Folge dieser kontinuierlich sich erweiternden Austrittsbreite wird sowohl bei geschlossenen Laufrädern mit einfach gekrümmten Schaufeln, wie auch bei geschlossenen Laufrädern mit räumlich gekrümmten Schaufeln eine wesentliche Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit zum Laufradaustritt hin bewirkt. Diese
erfindungsgemäß erzielte Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit im
Laufrad bewirkt unter Beachtung der Energiebilanz zwangsläufig eine Erhöhung des statischen Drucks im Inneren des Laufrads, wodurch der Bereich der Implosion der Kavitationsblasen und damit auch der aus dieser Implosion der Kavitationsblasen resultierende Verschleiß und die Kavitationserosion aus den dem Laufrad nachgeordneten Bauteil und Baugruppen in das aus Kunststoff hergestellte Laufrad verlegt wird. Da der Kunststoff des Laufrads im Vergleich zum Aluminiumguss, bspw. der dem Laufrad nachgeordneten Bauteile, eine wesentlich höhere Beständigkeit gegenüber Kavitationserosion aufweist, werden durch die erfindungsgemäße Lösung in Folge der erfindungsgemäßen Wirkung der Verlagerung des Bereichs der Kavitationserosion in das Laufrad zwangsläufig die Auswirkungen des Kavitationsverschleißes an den dem Laufrad
nachgeschalteten Bauteilen/Baugruppen auf ein Minimum reduziert bzw. gänzlich vermieden. In Abhängigkeit von der für Druckaufbau benötigten
Strömungsgeschwindigkeit und den jeweiligen Austrittswinkeln kann darüber hinaus die Austrittsbreite fachgemäß (bspw. nach dem Geschwindigkeitsdreieck) dimensioniert werden. Hierbei kann die größere Austrittsbreite über sonstige Parameter wie bspw. einen kleineren Austrittswinkel, die Schaufeldicke usw. kompensiert werden. Alle Seiten des jeweiligen Anwenders geforderten
Leistungsdaten, wie Förderhöhe und Volumenstrom, können nach den im Stand der Technik üblichen Berechnungsmethoden zur Dimensionierung des jeweiligen Laufrads berücksichtigt werden, sodass auch mittels dieser neuartigen, erfindungsgemäß ausgebildeten Laufräder alle vom jeweiligen Anwender geforderten Leistungsdaten zuverlässig erreicht und mittels der
erfindungsgemäßen Lösung sogar übertroffen werden können. Dabei sollte das Verhältnis der Austrittsbreite zur Eintrittsbreite ungefähr im Bereich zwischen 1 ,01 und 1 ,2 liegen, da mit größer werdender Austrittsbreite verstärkt
Rezirkulationen im Laufrad auftreten, die dann zu einer Ablösung der Strömung führen. Derartige Rezirkulationen werden im Stand der Technik bei
verschiedenen Bauformen von Laufrädern zur Förderung von inhomogenen Stoffen bewusst herbeigeführt, haben jedoch zwangsläufig zur Folge, dass sich dadurch das Saugverhalten verschlechtert und der Wirkungsgrad absinkt.
Fertigungstechnisch ist bei dem erfindungsgemäßen Laufrad zu sagen, dass in Folge der speziell gestalteten Laufradgeometrie mit einer sich kontinuierlich vergrößernden Breite des Schaufelkanals im Meridianschnitt vom
Strömungseintritt in das Laufrad bis zum Strömungsaustritt aus dem Laufrad auch eine Entformung von geschlossenen Laufrädern mit einfach und räumlich gekrümmten Schaufeln und damit eine Fertigung der erfindungsgemäßen Laufräder als einteilige Kunststoffteile möglich wird, sodass sich der
Fertigungsaufwand für die erfindungsgemäßen Laufräder gegenüber der Fertigung von herkömmlichen Laufrädern wesentlich vereinfacht, wobei selbst kleine Baugrößen mit einem hohen hydraulischen Wirkungsgrad und einem hohen Saugverhalten einfach und kostengünstig hergestellt werden können.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 a,b ein erfindungsgemäßer Sammelbehälter aus verschiedenen
Blickwinkeln,
Fig. 2a, b alternative Ausführungsformen,
Fig. 3a, b wiederum zwei Ansichten auf einen Sammelbehälter mit einer in einer
Explosionsdarstellung gezeichneten Kühlmittelpumpe, eine Frontansicht des Laufrads,
Fig. 5 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittebene A-A.
Ein erfindungsgemäßer Sammelbehälter 2 für Kühlflüssigkeit kann an
verschieden aufgebauten Wärmetauschern 1 zum Einsatz kommen. Die meisten weisen als Wärmetauscherrohre Flachrohre oder Rundrohre für die kühlende Flüssigkeit auf, sowie Rohrböden, die die Wärmetauscherrohre aufnehmen.
Diese Wärmetauscherrohre haben in ihrem Innern oft Turbulenz erzeugende Mittel. An den Rohrböden sind die Sammelbehälter 2 befestigt. Entweder lösbar oder unlösbar.
Die Seite, die mittels der Kühlflüssigkeit gekühlt wird, kann geschnittene Lamellen aufweisen, wenn ein Gas oder Gasgemisch, wie z.B. Luft oder Abgas, gekühlt werden soll oder Turbulenzerzeuger wenn eine andere Flüssigkeit gekühlt werden soll. Es gibt verschiedene Formen der Durchströmung solcher
Wärmetauscher 1 , I oder U förmig. Beim I-förmig vom Kühlmittel durchströmten Wärmetauscher befindet sich an den beiden gegenüberliegenden Enden der Wärmetauscherrohre jeweils ein Rohboden mit zugehörigen Sammelbehälter 2 und zugehörigen Anschlussstutzen. Beim U-förmig vom Kühlmittel durchströmten Wärmetauscher befinden sich beide Anschlussstutzen am selben
Sammelbehälter 2 an einem Ende der Wärmetauscherrohre. In diesem Fall weist der eine Sammelbehälter 2 eine innere Trennwand auf, um einströmendes von ausströmendem Kühlmittel zu trennen. Am anderen Ende der
Wärmetauscherrohre befindet sich eine Art Umlenksammelbehälter.
Je nach Wahl des Wärmetauschers 1 kann die erfindungsgemäße Integration der Kühlmittelpumpe 3 in jedem der vorstehend genannten Sammelbehälter 2 vorgenommen werden. Ein hierzu erfindungsgemäß verwendetes Laufrad 9 saugt immer axial an und stößt immer radial die Flüssigkeit aus.
Entsprechend den Figuren 1 bis 3, weist ein dargestellter und üblicherweise an dem Wärmetauscher 1 , insbesondere einem Ladeluftkühler eines im Übrigen nicht dargestellten Verbrennungsmotors, den Sammelbehälter 2 für Kühlmittel auf, wobei in den Sammelbehälter 2 eine Kühlmittelpumpe 3 zum Fördern des Kühlmittels mittels einer vom Laufrad 9 erzeugten Druckdifferenz integriert ist. Hierzu weist der Sammelbehälter 2 eine Ausnehmung 4 auf, in welche die Kühlmittelpumpe 3 gedichtet einsteckbar ist. Ein Befestigen der Kühlmittelpumpe 3 in der Ausnehmung 4 kann bspw. mittels einer Clips-, Schraub- oder
Schweißverbindung erfolgen und damit eine lösbare oder unlösbare Verbindung bilden. Erfindungsgemäß ist der Sammelbehälter 2 aus Kunststoff, insbesondere als Kunststoffspritzgussteil, und dadurch kostengünstig und qualitativ hochwertig ausgebildet.
Betrachtet man die Fig. 1 a im Vergleich zur Fig. 2a, so kann man erkennen, dass eine Achse der Ausnehmung 4 und damit eine Achse der Kühlmittelpumpe 3 entweder parallel zu einem Auslass 5 und einem Einlass 6 am Sammelbehälter 2 angeordnet sind (vgl. Fig. 1 a) oder orthogonal dazu (vgl. Fig. 2a). Der Aus- und Einlass 5,6 kann selbstverständlich auch umgekehrt ausgeführt sein, sie bilden die gezeigten Anschlussstutzen, an die geeignete Kühlmittel führende Schläuche oder ähnliches angeschlossen werden können.
In den Fig. 1 a und 1 b sind zwei Ansichten eines ersten Ausführungsbeispiels zu sehen und in den Fig. 2a und 2b zwei Ansichten eines zweiten
Ausführungsbeispiels. Der Unterschied ist die Anordnung der Kühlmittelpumpe 3 im Vergleich zum Sammelbehälter 2.
Im ersten Ausführungsbeispiel in den Fig. 1 a,b, ist die Achse der
Kühlmittelpumpe 3 im Winkel zu den nicht gezeigten Wärmetauscherrohren angeordnet. Da das erfindungsgemäß verwendetet Laufrad 9 immer axial ansaugt, muss das Innere des Sammelbehälters 2 so ausgestaltet sein, dass eine optimale Anströmung möglich ist. Dies kann durch die geschickte
Ausgestaltung der inneren Geometrie des Sammelbehälters 2 erreicht werden. Ebenso muss die Geometrie in der Ausnehmung 4 so sein, dass die Flüssigkeit mit möglichst geringen Reibungsverlusten in Richtung zum Auslass 5 oder 6 gefördert werden kann. Der Sammelbehälter 2 wird durch eine idealer Weise den Wärmetauscher 1 in zwei gleichgroße Teile trennende Trennwand 22 in einen Einlasssammelraum 20 und einen Auslasssammelraum 21 oder umgekehrt aufgeteilt, es handelt sich hier um einen U-förmig durchströmten Wärmetauscher. Die Kühlmittelpumpe 3 kann auch bei einem U-förmig durchströmten
Wärmetauscher 1 im sogenannten Umlenkungssammelbehälter (nicht gezeigt) angeordnet sein. Haben wir einen I-förmig durchströmten Wärmetauscher, so kann die Pumpe 3 in einem der zwei Sammelbehälter 2, die jeweils komplett den Einlasssammelraum 20 oder den Auslasssammelraum 21 bilden, angeordnet sein. Die Sammelbehälter 2 werden mittels geeigneter Mittel mit den die
Wärmetauscherrohre aufnehmenden Endplatten verbunden. Damit diese
Verbindung dicht ist wird eine nicht gezeigte Dichtung am Rand des
Sammelbehälters 2 eingelegt. Der Sammelbehälter 2 kann in diesem
Ausführungsbeispiel ein- oder mehrstückig ausgebildet sein, die einzelnen Teile sind dann zweckmäßigerweise miteinander verschweißt.
Im zweiten Ausführungsbeispiel in den Fig. 2a,b ist die Achse der
Kühlmittelpumpe 3 parallel zu den nicht gezeigten Wärmetauscherrohren angeordnet. Auch dieses Ausführungsbeispiel zeigt einen U-förmig
durchströmten Wärmetauscher. Der Sammelbehälter 2 weist eine Trennwand 22 auf, die den Einlasssammelraum 20 von dem Auslasssammelraum 21 mittels einer Dichtung dicht trennt. Im Auslasssammelraum 21 befindet sich eine
Öffnung 23 durch die die Kühlmittelpumpe 3 axial das Kühlmittel ansaugen kann, so dass hier keine weiteren Umlenkgeometrien in den Sammelbehälter 2 integriert werden müssen. Der Auslass 6 ist hier so am Sammelbehälter 2 angeformt, dass er nur über die Kühlmittelpumpe 3 und eine Öffnung 23 vom Auslasssammelraum 21 her angeströmt werden kann.
Wie in den Figuren 3a und 3b gezeigt, besitzt die Kühlmittelpumpe 3 einen Elektromotor 7 mit einem schneckengangartigen, hydraulischen Pumpenteil 8 sowie ein Laufrad 9, das insbesondere als einteiliges oder als einstückiges Kunststoffteil, insbesondere Kunststoffspritzgussteil, hergestellt ist. In die
Ausnehmung 4 wird gemäß den Fig. 3a, b das Laufrad 9 samt seinem
Elektromotor 7 dicht eingesteckt. Die Kühlmittelpumpe 3 selber weist das hydraulische Pumpenteil 8 auf, das wie eine Strömungsleitkontur auf die
Kühlflüssigkeit wirkt und bewirkt dass die Kühlflüssigkeit zum Auslass 6 geführt wird. Sie ist strömungsoptimiert ausgestaltet, so dass möglichst wenig
Druckverlust auftritt. Ein Deckel 25 dichtet nach außen zur Umgebung die
Anordnung ab. Die Anschlüsse für den Elektromotor 7 können hier oder durch die Wandung der Ausnehmung 4 geführt werden.
Für das erste Ausführungsbeispiel ist der Aufbau der Kühlmittelpumpe 3 äquivalent.
In den Figuren 4 und 5 ist dabei ein als Radialschaufelrad mit einfach
gekrümmten Schaufeln 10 ausgebildetes Laufrad 9 dargestellt, wobei das
Laufrad 9 in der Schnittdarstellung gemäß der Fig. 6 einen Boden 1 1 sowie eine Decke 12 besitzt, die einstückig mit den Schaufeln 10 ausgebildet sind.
Erfindungsgemäß ist dabei eine Austrittsbreite b2 gegenüber der Eintrittsbreite b1 vergrößert, wobei das Verhältnis der Austrittsbreite b2 zur Eintrittsbreite b1 vorzugsweise im Bereich zwischen 1 ,01 und 1 ,2 liegt. Selbstverständlich kann das in den Figuren 4,5 dargestellte Laufrad 9 auch als Francisschaufelrad mit räumlich gekrümmten Schaufeln ausgebildet sein oder als Diagonalschaufelrad. Derartige Schaufelräder sind prinzipiell aus dem Stand der Technik bekannt, nicht jedoch in der Art, dass die Austrittsbreite b2 deutlich größer ist als die Eintrittsbreite b1 . Ebenso wenig sind derartige Laufräder in einer einteiligen bzw. einstückigen Ausführungsform bekannt.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Vergrößerung der Austrittsbreite b2 gegenüber der Eintrittsbreite b1 ist es gelungen, in Folge dieser speziell gestalteten Laufradgeometrie mit einer sich kontinuierlich vergrößernden Breite des
Schaufelkanals im Meridianschnitt vom Strömungseintritt in das Laufrad 9 bis zum Strömungsaustritt aus dem Laufrad 9 sowohl geschlossene Laufräder als 9 mit einfach gekrümmten Schaufeln 10 als auch geschlossene Laufräder 9 mit räumlich gekrümmten Schaufeln kostengünstig als einteilige Kunststoffteile herzustellen, die Auswirkungen des Kavitationsverschleisses an den dem Laufrad 9 nachgeschalteten Bauteilen/Baugruppen zu minimieren und dabei gleichzeitig den hydraulischen Wirkungsgrad und das Saugverhalten der jeweiligen
Laufradbauform deutlich zu verbessern.

Claims

Patentansprüche
1 . Sammelbehälter (2) für flüssiges Kühlmittel eines flüssigkeitsgekühlten Wärmetauschers eines Verbrennungsmotors, wobei in den Sammelbehälter (2) eine Kühlmittelpumpe (3) zum Fördern des Kühlmittels integriert ist.
2. Sammelbehälter nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Sammelbehälter (2) eine Ausnehmung (4) aufweist, in welche die Kühlmittelpumpe (3) eingesteckt ist.
3. Sammelbehälter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Sammelbehälter (2) aus Kunststoff, insbesondere als
Kunststoffspritzgussteil, ausgebildet ist.
4. Sammelbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kühlmittelpumpe (3) einen Elektromotor (7) mit einem
schneckengangartigen hydraulischen Pumpenteil (8) aufweist.
5. Sammelbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kühlmittelpumpe (3) ein Laufrad (9) aufweist, das als einteiliges oder einstückiges Kunststoffteil hergestellt ist.
6. Sammelbehälter nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Breite eines Schaufelkanals im Meridianschnitt sich von einem
Strömungseintritt in das Laufrad (9) bis zu einem Strömungsaustritt aus dem Laufrad (9) kontinuierlich derart vergrößert, dass das Verhältnis einer
Austrittsbreite (b2) zu einer Eintrittsbreite (b1 ) im Bereich zwischen 1 ,01 und 1 ,2 liegt.
7. Sammelbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Achse der Ausnehmung (4), das eine Rotorachse der Kühlmittelpumpe (3) parallel oder orthogonal zu einem Auslass (5) und einem Einlass (6) am Sammelbehälter (2) angeordnet ist.
8. Wärmetauscher mit einem Sammelbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
9. Wärmetauscher nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Wärmetauscher ein direkter oder indirekter Ladeluftkühler oder ein Niedertemperaturkühler oder ein Niedertemperaturabgaskühler oder ein
Zusatzkühler oder ein Wärmetauscher in einem Nebenstromkreislauf oder ein Wärmetauscher in einem Hauptstromkreislauf oder Batteriekühler oder ein Wärmetauscher für stationäre Anwendungen ist.
10. Verbrennungsmotor mit einem Wärmetauscher nach Anspruch 8 oder 9.
*****
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