EP3102803A1 - Rohranordnung für einen ladeluftkühler - Google Patents

Rohranordnung für einen ladeluftkühler

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Publication number
EP3102803A1
EP3102803A1 EP15703758.1A EP15703758A EP3102803A1 EP 3102803 A1 EP3102803 A1 EP 3102803A1 EP 15703758 A EP15703758 A EP 15703758A EP 3102803 A1 EP3102803 A1 EP 3102803A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tube
fluid
cooling channel
pipe
stacking direction
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15703758.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rüdiger KÖLBLIN
Jens Richter
Spasoje Ignjatovic
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 Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Mahle Behr GmbH and Co KG
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 Behr GmbH and Co KG filed Critical Mahle Behr GmbH and Co KG
Publication of EP3102803A1 publication Critical patent/EP3102803A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04—Cooling of air intake supply
    • F02B29/045—Constructional details of the heat exchangers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation, materials, or manufacturing and assembly
    • F02B29/0462—Liquid cooled heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04—Cooling of air intake supply
    • F02B29/0406—Layout of the intake air cooling or coolant circuit
    • F02B29/0412—Multiple heat exchangers arranged in parallel or in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/1684—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation the conduits having a non-circular cross-section
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/006—Tubular elements; Assemblies of tubular elements with variable shape, e.g. with modified tube ends, with different geometrical features
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a pipe arrangement for a charge air cooler and a charge air cooler with such a pipe arrangement.
  • the invention further relates to an internal combustion engine with such a charge air cooler.
  • the invention relates to a method for producing the above-mentioned tube arrangement.
  • DE 10 2012 008 700 A1 discloses a heat exchanger in the form of a charge air cooler, in which compressed charge air is cooled by means of a cooling liquid in at least two immediately adjacent stages.
  • a cooling liquid for the charge air are flow channels, provided for the coolant flow paths.
  • the heat exchanger is formed by a single stack of one-piece plates.
  • Conventional intercoolers are thus typically constructed in the manner of a heat exchanger, which is part of a coolant circuit and is flowed through by a coolant, which in turn couples thermally to the charge air to be cooled. The heat removed from the charge air is absorbed by the coolant, whereby it evaporates.
  • a central component of a charge air cooler known from the prior art represents a tube arrangement with tubes stacked along one another along a stacking direction and through which the charge air to be cooled flows. Between the individual tubes coolant channels are provided, which in turn are flowed through by coolant. In other words, coolant channels and tubes alternate along the stacking direction.
  • DE 103 28 746 A1 describes a device for exchanging heat with at least three flow devices, through which at least one flowable fluid flows.
  • the device comprises at least two flow assemblies with at least two flow elements which are arranged such that the latter are alternately flowed through by different fluids. These are directly positive-locking and / or material-locking and / or force-locking and / or via fluid distribution devices. connected fluidly connected at least with respect to a flow device in series.
  • GB 2 057 564 A also discloses a two-stage heat exchanger based on the principle of a fluidic series connection.
  • the basic idea of the invention is accordingly to design the pipe arrangement explained above in such a way that the fluid pipes provided for flowing through the charge air to be cooled pass along their longitudinal direction at a predetermined point an expansion formed integrally on the fluid tubes, in the region of which they have locally an enlarged flow cross-section. Since a cooling channel is provided in each case along the stacking direction between two adjacent fluid pipes, such a widening of the fluid pipes causes a fluidic interruption of the cooling channel along the longitudinal direction and thus its division into a first and a second cooling channel region, so that the two regions are separate Coolant circuits can be used.
  • the widening essential to the invention can be introduced into the fluid pipes in a production-technically simple manner, for example, by means of a shaping method familiar to the person skilled in the art as "tucking-in".
  • a shaping method familiar to the person skilled in the art as "tucking-in”.
  • inflating the pipes are expanded by mechanical stretching and pressing in a negative shape.
  • a forming by means of internal high-pressure forming with water is conceivable.
  • the pipe arrangement according to the invention proposed here permits the production of a charge air cooler with a compact construction, so that only very little installation space has to be reserved for the arrangement of the charge air cooler, for example in a motor vehicle.
  • the tube arrangement presented here due to its structurally very simple construction manufacturing technology is easy to manufacture, resulting in cost advantages in the production.
  • the pipe arrangement according to the invention is equipped with a plurality of fluid pipes - that is, with at least two such fluid pipes - which are stacked along a stacking direction.
  • Said stacking device extends orthogonal to a longitudinal direction of the fluid pipes.
  • a cooling channel is provided in each case between two fluid pipes adjacent in the stacking direction, wherein each cooling channel is delimited along the stacking direction by a first tube wall of a first fluid tube and by a second tube wall of a second fluid tube adjacent to the first fluid tube.
  • each fluid tube has a widening of the first and / or second tube wall along the longitudinal direction, thereby achieving the desired separation of each fluid channel into a first cooling channel region and a second cooling channel region fluidly separated therefrom.
  • the entirety of the first cooling channel regions can be integrated into a first coolant circuit
  • the entirety of the second cooling channel regions can be integrated into a second coolant circuit which is fluidically separated from the first.
  • the widening of the fluid channel takes place along the stacking direction.
  • the separation of a fluid channel can be achieved by widening the tube walls delimiting the channel along the stacking direction.
  • first and second tube walls in the region of the expansion materially connected proves to be particularly favorable.
  • a fluid-tight separation of the respective fluid channel is ensured in a first and second region by said expansion (s).
  • such a cohesive connection can also be dispensed with.
  • Such a scenario is particularly suitable when the respectively prevailing fluid pressure in the two coolant areas is substantially the same, because in this case there is no excessive pressure gradient between the two coolant areas; in the case of such a pressure gradient unilaterally acting on the expansion (s) forces leading to a deformation of the pipe walls in the region of the expansion and thus ultimately undesirable leakage effects between could lead the two cooling channel areas are in the case of identical fluid pressures but largely excluded.
  • the idea essential to the invention of interrupting a fluid channel by widening the tube walls extending in the longitudinal direction can also be applied to the end of the fluid channel that is end-side relative to its longitudinal side.
  • the fluid channels are each closed fluid-tightly at an end relative to the longitudinal end portion and / or a first end portion opposite the second end portion by widening the first and / or second tube wall.
  • a particularly compact design of the charge air cooler using the tube arrangement can be achieved if the fluid tubes of the tube arrangement are designed as flat tubes.
  • each fluid pipe may have a pipe height measured along the stacking direction, which is at most one fifth, preferably at most one tenth, of a pipe width.
  • the tube width is defined by a width direction which extends orthogonally both to the stacking direction and orthogonal to the longitudinal direction.
  • a rib structure in at least one cooling channel, preferably in all cooling channels, on which the tube walls of the fluid pipes adjoining in the stacking direction can be supported.
  • the tube arrangement may comprise at least five, preferably at least ten, most preferably at least twenty, fluid tubes which are stacked on top of one another along the stacking direction.
  • a measured in the stacking directiondekanal- height is at most a fifth, preferably at most one tenth of the tube height of the fluid pipes.
  • the tube arrangement comprises a first tube part which comprises the first cooling channel region and a second tube part which comprises the second cooling channel region.
  • the two cooling channel areas are thus formed as separate components, in such a way that the first tube part can be fastened to the second tube part or vice versa.
  • the widening essential to the invention with respect to the longitudinal direction is provided at an end of the second tube part facing the first tube part, so that the first tube part can be inserted into the second tube part, or vice versa.
  • the second pipe part extends the first pipe part along the longitudinal direction.
  • first and second pipe parts may be formed integrally, i. the entire tube assembly is integrally formed.
  • the invention further relates to a charge air cooler for an internal combustion engine having a pipe arrangement one or more of the aforementioned features.
  • the intercooler according to the invention is equipped with a first coolant circuit as well as with a second coolant circuit which is fluidically separated therefrom.
  • the first cooling channel region of each cooling channel is fluidly connected to the first coolant circuit, the second cooling channel region of each cooling channel with the second coolant circuit.
  • the invention also relates to an internal combustion engine for a motor vehicle with a charge air cooler presented above.
  • the invention relates to a method for producing a pipe arrangement.
  • FIG. 1 shows an example of a pipe arrangement according to the invention in a perspective view
  • FIG. 2 shows a detailed representation of the example of FIG. 1,
  • Figure 1 illustrates a pipe assembly 1 according to the invention in a perspective view.
  • the pipe arrangement 1 comprises a plurality of fluid pipes 2, through which the charge air of an internal combustion engine to be cooled flows can.
  • five fluid pipes 2 are shown by way of example; of course, in variants, however, a larger number, for example at least five, at least 10, or even at least 20 fluid pipes are conceivable.
  • the term "plurality" includes all pipe arrangements 1 with at least two fluid pipes 2.
  • the fluid pipes 2 are stacked along a stacking direction S which extends transversely to a longitudinal direction L of the fluid pipes 2.
  • Each fluid tube 2 comprises a first and a second tube wall 3 a, 3 b, which delimit a fluid path 4 formed by the fluid tube 2 in the stacking direction S.
  • the two tube walls 3a, 3b may be integrally formed.
  • the fluid pipes 2 are also designed as flat tubes.
  • Each of the fluid pipes 2 has a pipe height measured along the stacking direction S, which is at most one fifth of a pipe width.
  • Said tube width is defined by a width direction B which extends orthogonally to both the stacking direction S and the longitudinal direction L.
  • the pipe height can amount to at most one tenth of the pipe width.
  • a cooling channel height measured in the stacking direction S is at most one fifth, preferably at most one tenth, of the pipe height of the fluid pipes 2.
  • a cooling channel 5 is formed, through which a coolant can flow.
  • Each cooling channel 5 is thereby bounded along the stacking direction S by a first tube wall 3a of the first fluid tube 2, which faces the second fluid tube 2, and by a second tube wall 3b of the second fluid tube 2, which in turn faces the first fluid tube 2.
  • the fluid pipes 2 have in the stacking direction S extending widenings 6 - see.
  • the detailed representation of Figure 2 - the first and second pipe wall 3a, 3b, which subdivide each cooling channel 5 with respect to the longitudinal direction L into a first cooling channel region 5a and a second cooling channel region 5b which is fluidically separated from the latter.
  • the widening 6 is formed in the example shown in the figures by the two tube walls 3a, 3b delimiting the cooling channel 5 in the stacking direction and is integrally formed thereon.
  • the widenings 6 can be introduced into the tube walls 3 a, 3 b of the fluid pipes 2 in a manner which is simple in terms of production technology, for example by means of a forming process familiar to the person skilled in the art as "flare-ups".
  • the widenings 6 can each be formed by only one of the two tube walls 3a, 3b, in order to achieve the desired effect of interrupting the respective cooling channel 5 along its longitudinal direction L.
  • the first and second tube walls 3a, 3b are in the region of the widenings 6 in each case materially connected to one another by means of a solder connection. In this way, a fluid-tight separation of the respective fluid channel 5 in the first and second region 5a, 5b is ensured.
  • FIG. 3 now illustrates a variant of the pipe arrangement of FIGS. 1 and 2, in which the widenings 6 of the fluid pipes 3 presented above are additionally provided on an end section 7 a of the fluid pipes 2 relative to the longitudinal direction L and on an end section 7 b opposite the first end section 7 a.
  • the cooling channels 5 are each limited in the longitudinal direction L and sealed fluid-tight.
  • a rib structure (not shown) may be provided in the cooling channels, on which the tube walls 3a, 3b of the fluid tubes 2 adjoining in the stacking direction S are supported.
  • the tube assembly 1 is integrally formed.
  • the tube arrangement 1 can also have a first tube part comprising the first cooling channel region 5a and a second tube part comprising the second cooling channel region 5b, so that the two cooling channel regions 5a, 5b are provided in separate components, the first tube part at the second tube part , For example, by plugging, fastened or vice versa.
  • the widening 6 may be provided with respect to the longitudinal direction L of the fluid pipes 2 at an end of the second pipe part facing the first pipe part, so that the first pipe part can be inserted into the second pipe part or vice versa.
  • the expansion 6 is therefore part of a plug connection between the two pipe parts.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rohranordnung (1) für einen Ladeluftkühler, - mit einer Mehrzahl von Fluidrohren (2) zum Durchströmen mit zu kühlender Ladeluft einer Brennkraftmaschine, wobei die Fluidrohre (2) entlang einer Stapelrichtung (S) aufeinandergestapelt sind, welche sich quer zu einer Längsrichtung (L) der Fluidrohre (2) erstreckt, - wobei jeweils zwischen einem ersten Fluidrohr (2) und einem zu diesem entlang der Stapelrichtung (S) benachbarten zweiten Fluidrohr (2) ein Kühlkanal zum Durchströmen mit einem Kühlmittel vorgesehen ist, - wobei der Kühlkanal (5) in der Stapelrichtung (S) durch eine erste Rohrwand (3a) des ersten Fluidrohrs (2), die dem zweiten Fluidrohr (2) zugewandt ist, und durch eine zweite Rohrwand (3b) des zweiten Fluidrohrs (2), die dem ersten Fluidrohr zugewandt ist, begrenzt ist, - wobei jedes Fluidrohr (2) eine sich in Stapelrichtung (S) erstreckende Aufweitung (6) seiner ersten und/oder zweiten Rohrwand (3a, 3b) aufweist, welche den Kühlkanal (5) in einen ersten Kühlkanalbereich (5a) und in einen von diesem fluidisch getrennten, zweiten Kühlkanalbereich (5b) unterteilt.

Description

Rohranordnung für einen Ladeluftkühler
Die Erfindung betrifft eine Rohranordnung für einen Ladeluftkühler sowie einen Ladeluftkühler mit einer solchen Rohranordnung. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Ladeluftkühler. Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der oben genannten Rohranordnung.
In modernen Kraftfahrzeugen gewinnen aufgeladene Brennkraftmaschinen zunehmend an Bedeutung, da sich mit Hilfe einer solchen Aufladung die Leistungsdichte bezogen auf den Hubraum und bezogen auf den Kraftstoffverbrauch erheblich steigern lässt. Es besteht daher die Tendenz, zunehmend auch Fahrzeuge mit kleineren Motoren mit geeigneten Ladeeinrichtungen auszustatten, um deren Leistung zu steigern bzw. den Kraftstoffverbrauch zu senken. Ebenso ist eine Tendenz zu beobachten, bei gleicher Leistung die Motoren im Sinne eines sog.„Downsi- zing" zu verkleinern und deren Kraftstoffverbrauch zu senken. Aufgeladene Brennkraftmaschinen sind daher regelmäßig mit einem Ladeluftkühler ausgestattet, um die mit Hilfe einer entsprechenden Ladeeinrichtung, wie zum Beispiel einem Abgasturbolader, aufgeladene Ladeluft abzukühlen. Eine solche Kühlung der Ladeluft erhöht die Leistung der Brennkraftmaschine, reduziert deren Kraftstoffverbrauch sowie deren Schadstoffemissionen und mindert die thermische Belastung der Brennkraftmaschine.
Beispielsweise offenbart die DE 10 2012 008 700 A1 einen Wärmetauscher in Form eines Ladeluftkühlers, bei welchem komprimierte Ladeluft mittels einer Kühlflüssigkeit in wenigstens zwei unmittelbar aneinander angrenzenden Stufen gekühlt wird. Für die Ladeluft sind Strömungskanäle, für das Kühlmittel Flusspfade vorgesehen. Der Wärmetauscher ist durch einen einzigen Stapel aus einteiligen Platten gebildet. Herkömmliche Ladeluftkühler sind also typischerweise in der Art eines Wärmetauschers aufgebaut, der Teil eines Kühlmittelkreislaufs ist und von einem Kühlmittel durchströmt wird, welches wiederum thermisch an die zu kühlende Ladeluft ankoppelt. Die der Ladeluft entzogene Wärme wird vom Kühlmittel aufgenommen, wobei dieses verdampft.
Ein zentrales Bauteil eines aus dem Stand der Technik bekannten Ladeluftkühlers stellt eine Rohranordnung mit entlang einer Stapelrichtung stapelartig aufeinander angeordneten Rohren dar, die von der zu kühlenden Ladeluft durchströmt werden können. Zwischen den einzelnen Rohren sind Kühlmittelkanäle vorgesehen, welche wiederum von Kühlmittel durchströmt werden. Mit anderen Worten, Kühlmittelkanäle und Rohre wechseln sich entlang der Stapelrichtung ab.
Als problematisch erweist sich indes die Herstellung einer solchen Rohranordnung, wenn der Ladeluftkühler - und folglich auch die Rohranordnung - nicht nur mit einem einzigen Kühlmittelkreislauf, sondern mit zwei voneinander fluidisch getrennten Kühlmittelkreisläufen ausgestattet werden soll. Eine solche, zweistufige Kühlung ist aus dem Stand der Technik bekannt, um Ladeluft in einem ersten Schritt zunächst - mittels eines ersten Kühlmittelkreislaufs - auf eine Zwischentemperatur abzukühlen und anschließend die Temperatur der Ladeluft in einem zweiten Schritt gegenüber besagter Zwischentemperatur nochmals zu reduzieren.
Die DE 103 28 746 A1 beschreibt etwa vor diesem Hintergrund eine Vorrichtung zum Austausch von Wärme mit wenigstens drei Strömungseinrichtungen, welche von wenigstens einem strömungsfähigen Fluid durchströmt werden. Die Vorrichtung umfasst wenigstens zwei Strömungsbaugruppen mit wenigstens jeweils zwei Strömungselementen, welche derart angeordnet sind, dass letztere alternierend von verschiedenen Fluiden durchströmt werden. Diese sind direkt formschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder über Fluidverteileinrich- tungen strömungsverbunden wenigstens bezüglich einer Strömungseinrichtung in Reihe geschaltet.
Auch die GB 2 057 564 A offenbart einen zweistufigen, auf dem Prinzip einer fluidischen Reihenschaltung basierenden Wärmetauscher.
Aus dem Stand der Technik bekannt sind besonders kompakt konstruierte Rohranordnungen, bei welchen Kühlmittelkanäle sowohl des ersten als auch des zweiten Kühlmittelkreislaufs in ein und dieselbe Rohranordnung integriert werden, wobei die dann erforderliche fluidische Trennung zwischen den beiden Kreisläufen mit Hilfe eines Zwischenbodens realisiert wird, so dass ein erster Kühlkanalbereich und ein von diesem getrennter, zweiter Kühlkanalbereich entsteht. Die Integration eines solchen Zwischenbodens in die Rohranordnung erweist sich jedoch als aus fertigungstechnischer Sicht aufwändig und ist regelmäßig mit erhöhten Herstellungskosten für die Rohranordnung und somit des gesamten Ladeluftkühlers verbunden.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform einer Rohranordnung für einen Ladeluftkühler mit zwei Kühlkreisläufen zu schaffen, die sich gegenüber herkömmlichen Rohranordnungen durch reduzierte Herstellungskosten auszeichnet. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Rohranordnung anzugeben.
Die genannten Aufgaben werden durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Grundgedanke der Erfindung ist demnach, die oben erläuterte Rohranordnung derart auszubilden, dass die zum Durchströmen mit zu kühlender Ladeluft vorgesehenen Fluidrohre entlang ihrer Längsrichtung an einer vorbestimmten Stelle mit einer integral an den Fluidrohren ausgeformten Aufweitung versehen sind, in deren Bereich sie lokal einen vergrößerten Strömungsquerschnitt besitzen. Da entlang der Stapelrichtung zwischen zwei benachbarten Fluidrohren jeweils ein Kühlkanal vorgesehen ist, bewirkt eine solche Aufweitung der Fluidrohre bei geeigneter Dimensionierung eine fluidische Unterbrechung des Kühlkanals entlang der Längsrichtung und somit dessen Aufteilung in einen ersten und einen zweiten Kühlkanalbereich, so dass die beiden Bereiche für getrennte Kühlmittelkreisläufe verwendet werden können. Die erfindungswesentlichen Aufweitungen können auf herstellungstechnisch einfache Weise etwa durch ein dem Fachmann als "Auftulpen " geläufiges Umformverfahren in die Fluidrohre eingebracht werden. Beim Auftulpen erfolgt das Aufweiten der Rohre durch mechanisches Strecken und Eindrücken in eine negative Form. Alternativ ist auch ein Umformen mittels Innen- hochdruck-Umformen mit Wasser vorstellbar.
Die hier vorgeschlagene, erfindungsgemäße Rohranordnung gestattet die Herstellung eines Ladeluftkühlers mit kompaktem Aufbau, so dass für die Anordnung des Ladeluftkühlers etwa in einem Kraftfahrzeug nur sehr wenig Bauraum reserviert werden muss. Gleichzeitig ist die hier vorgestellte Rohranordnung aufgrund ihres konstruktiv sehr einfachen Aufbaus fertigungstechnisch einfach herzustellen, woraus sich Kostenvorteile bei der Herstellung ergeben.
Die erfindungsgemäße Rohranordnung ist mit einer Mehrzahl von Fluidrohren - also mit wenigstens zwei solchen Fluidrohren - ausgestattet, welche entlang einer Stapelrichtung aufeinandergestapelt sind. Besagte Stapelvorrichtung erstreckt sich orthogonal zu einer Längsrichtung der Fluidrohre. Jeweils zwischen zwei in Stapelrichtung benachbarten Fluidrohren ist, wie bereits erläutert, ein Kühlkanal vorgesehen, wobei jeder Kühlkanal entlang der Stapelrichtung durch eine erste Rohrwand eines ersten Fluidrohrs und durch eine zweite Rohrwand eines zweiten, dem ersten Fluidrohr benachbarten Fluidrohrs begrenzt wird. Wie ebenfalls bereits erörtert, weist jedes Fluidrohr entlang der Längsrichtung eine Aufweitung der ersten und/oder zweiten Rohrwand auf, wodurch die gewünschte Trennung eines jeden Fluidkanals in einen ersten Kühlkanalbereich und einen von diesem fluidisch getrennten zweiten Kühlkanalbereich erreicht wird. In der Folge kann die Gesamtheit der ersten Kühlkanalbereiche in einen ersten Kühlmittelkreislauf eingebunden werden, und die Gesamtheit der zweiten Kühlkanalbereiche entsprechend in einen fluidisch vom ersten getrennten, zweiten Kühlmittelkreislauf.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Aufweitung des Fluidkanals entlang der Stapelrichtung. Besonders bevorzugt kann die Trennung eines Fluidkanals durch Aufweitung beider den Kanal entlang der Stapelrichtung begrenzenden Rohrwände erreicht werden. Alternativ kann es bei geeigneter Dimensionierung bereits ausreichen, nur eine der beiden Rohrwände mit einer solchen Aufweitung auszustatten, um den gewünschten Effekt der Unterbrechung des jeweiligen Kühlkanals entlang seiner Längsrichtung zu erzielen.
Als fertigungstechnisch besonders günstig erweist sich eine Ausführungsform, bei welcher die erste und zweite Rohrwand im Bereich der Aufweitung stoffschlüssig, insbesondere mittels einer Lötverbindung, miteinander verbunden sind. Auf diese Weise wird eine fluiddichte Trennung des jeweiligen Fluidkanals in einen ersten und zweiten Bereich durch besagte Aufweitung(en) sichergestellt. In einer mit einem vereinfachten Herstellungsverfahren einhergehenden, alternativen Variante kann aber auch auf eine derartige stoffschlüssige Verbindung verzichtet werden. Ein solches Szenario bietet sich insbesondere dann an, wenn der in den beiden Kühlmittelbereichen jeweils herrschende Fluiddruck im Wesentlichen gleich ist, denn in diesem Fall bildet sich kein zu starkes Druckgefälle zwischen beiden Kühlmittelbereichen aus; im Fall eines solchen Druckgefälles einseitig auf die Aufweitung(en) wirkende Kräfte, die zu einer Deformation der Rohrwände im Bereich der Aufweitung und somit letztlich unerwünschte Leckage-Effekten zwischen den beiden Kühlkanalbereichen führen könnten, sind im Falle identischer Fluid- drücke aber weitgehend ausgeschlossen.
Der erfindungswesentliche Gedanke, einen Fluidkanal durch Aufweitung der in sich entlang der Längsrichtung erstreckenden Rohrwände zu unterbrechen, kann auch auf den bezüglich seiner Längsseite endseitigen Abschluss des Fluidkanals angewandt werden. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung werden daher die Fluid- kanäle jeweils an einem bezüglich der Längsrichtung ersten Endabschnitt und/oder einem dem ersten Endabschnitt gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt durch eine Aufweitung der ersten und/oder zweiten Rohrwand in Längsrichtung fluiddicht abgeschlossen.
Eine besonders kompakte Bauform des die Rohranordnung verwendenden Ladeluftkühlers kann erreicht werden, wenn die Fluidrohre der Rohranordnung als Flachrohre ausgebildet werden.
Besonders zweckmäßig mag ein jedes Fluidrohr eine entlang der Stapelrichtung gemessene Rohrhöhe aufweisen, die höchstens ein Fünftel, vorzugsweise höchstens ein Zehntel, einer Rohrbreite beträgt. Die Rohrbreite ist dabei über eine Breiten-Richtung definiert, die sich orthogonal sowohl zur Stapelrichtung als auch orthogonal zur Längsrichtung erstreckt.
Zur Verbesserung der thermischen Kopplung zwischen Kühlmittel und Ladeluft wird vorgeschlagen, in wenigstens einem Kühlkanal, vorzugsweise in allen Kühlkanälen, eine Rippenstruktur vorzusehen, an welcher sich die Rohrwände der in Stapelrichtung angrenzenden Fluidrohre abstützen können.
Besonders zweckmäßig mag die Rohranordnung wenigstens fünf, vorzugsweise wenigstens zehn, höchst vorzugsweise wenigstens zwanzig, Fluidrohre umfassen, die entlang der Stapelrichtung aufeinandergestapelt sind. In einer weiteren Ausführungsform mit Flachrohr-artig ausgebildeten Fluidrohren erweist es sich als vorteilhaft, wenn eine in Stapelrichtung gemessene Kühlkanal- Höhe höchstens ein Fünftel, vorzugsweise höchstens ein Zehntel der Rohrhöhe der Fluidrohre beträgt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, die mit besonders geringen Herstellungskosten verbunden ist, umfasst die Rohranordnung ein den ersten Kühlkanalbereich umfassendes erstes Rohrteil und ein den zweiten Kühlkanalbereich umfassendes zweites Rohrteil. Die beiden Kühlkanalbereiche sind also als separate Bauteile ausgebildet, und zwar derart, dass das erste Rohrteil am zweiten Rohrteil befestigbar ist oder umgekehrt. Hierzu wird die erfindungswesentliche Aufweitung bezüglich der Längsrichtung an einem dem ersten Rohrteil zugewandten Ende des zweiten Rohrteils vorgesehen, so dass das erste Rohrteil in das zweite Rohrteil einsteckbar ist, oder umgekehrt. In einem am ersten Rohrteil befestigten Zustand verlängert folglich das zweite Rohrteil das erste Rohrteil entlang der Längsrichtung.
In einer zur vorangehend vorgestellten Ausführungsform alternativen Variante können das erste und das zweite Rohrteil einstückig ausgebildet sein, d.h. die gesamte Rohranordnung ist einstückig ausgebildet.
Die Erfindung betrifft ferner einen Ladeluftkühler für eine Brennkraftmaschine mit einer Rohranordnung einem oder mehreren der vorangehend genannten Merkmale. Der erfindungsgemäße Ladeluftkühler ist mit einem ersten Kühlmittelkreislauf sowie mit einem fluidisch von diesem getrennten zweiten Kühlmittelkreislauf ausgestattet. Der erste Kühlkanalbereich eines jeden Kühlkanals ist dabei fluidisch mit dem ersten Kühlmittelkreislauf verbunden, der zweite Kühlkanalbereich eines jeden Kühlkanals mit dem zweiten Kühlmittelkreislauf. Die Erfindung betrifft auch eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug mit einem vorangehend vorgestellten Ladeluftkühler. Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Rohranordnung.
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 Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch
Fig. 1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Rohranordnung in einer perspektivischen Darstellung,
Fig. 2 eine Detaildarstellung des Beispiels der Figur 1 ,
Fig. 3 eine Variante der Beispiele der Figuren 1 und 2.
Figur 1 illustriert eine erfindungsgemäße Rohranordnung 1 in einer perspektivischen Darstellung. Die Rohranordnung 1 umfasst eine Mehrzahl von Fluidrohren 2, die von zu kühlender Ladeluft einer Brennkraftmaschine durchströmt werden können. Inn Beispiel der Figur 1 sind exemplarisch fünf Fluidrohre 2 gezeigt, selbstverständlich ist in Varianten aber auch eine größere Anzahl, beispielsweise wenigstens fünf, wenigstens 10, oder gar wenigstens 20 Fluidrohre vorstellbar. Unter dem Begriff„Mehrzahl" seien im vorliegenden Kontext alle Rohranordnungen 1 mit wenigstens zwei Fluidrohren 2 gefasst.
Die Fluidrohre 2 sind entlang einer Stapelrichtung S aufeinandergestapelt, die sich quer zu einer Längsrichtung L der Fluidrohre 2 erstreckt. Jedes Fluidrohr 2 um- fasst eine erste und eine zweite Rohrwand 3a, 3b, die einen vom Fluidrohr 2 gebildeten Fluidpfad 4 in Stapelrichtung S begrenzen. Die beiden Rohrwände 3a, 3b können einstückig ausgebildet sein. Im Beispielszenario der Figuren sind die Fluidrohre 2 zudem als Flachrohre ausgebildet. Jedes der Fluidrohre 2 weist eine entlang der Stapelrichtung S gemessene Rohrhöhe auf, die höchstens ein Fünftel einer Rohrbreite beträgt. Besagte Rohrbreite ist dabei über eine Breiten-Richtung B definiert, die sich orthogonal sowohl zur Stapelrichtung S als auch zur Längsrichtung L erstreckt. In einer Variante kann die Rohrhöhe höchstens ein Zehntel der Rohrbreite betragen. Eine in Stapelrichtung S gemessene Kühlkanal-Höhe beträgt höchstens ein Fünftel, vorzugsweise höchstens ein Zehntel, der Rohrhöhe der Fluidrohre 2.
Jeweils zwischen einem ersten Fluidrohr 2 und einem zu diesem entlang der Stapelrichtung benachbarten zweiten Fluidrohr 2 ist ein Kühlkanal 5 ausgebildet, der von einem Kühlmittel durchströmt werden kann. Jeder Kühlkanal 5 wird dabei entlang der Stapelrichtung S durch eine erste Rohrwand 3a des ersten Fluidrohrs 2, die dem zweiten Fluidrohr 2 zugewandt ist, und durch eine zweite Rohrwand 3b des zweiten Fluidrohrs 2, die wiederum dem ersten Fluidrohr 2 zugewandt ist, begrenzt.
Die Fluidrohre 2 weisen sich in Stapelrichtung S erstreckende Aufweitungen 6 - vgl. hierzu die Detaildarstellung der Figur 2 - der ersten und zweiten Rohrwand 3a, 3b auf, welche jeden Kühlkanal 5 bezüglich der Längsrichtung L in einen ersten Kühlkanalbereich 5a und einen von diesem fluidisch getrennten zweiten Kühlkanalbereich 5b unterteilen.
Die Aufweitung 6 wird in dem in den Figuren gezeigten Beispiel durch die beiden den Kühlkanal 5 in Stapelrichtung begrenzenden Rohrwände 3a, 3b gebildet und ist integral an diesen ausgeformt. Die Aufweitungen 6 können auf herstellungstechnisch einfache Weise etwa durch ein dem Fachmann als "Auftulpen " geläufiges Umformverfahren in die Rohrwände 3a, 3b der Fluidrohre 2 eingebracht werden.
In einer in den Figuren nicht gezeigten Variante können bei geeigneter Dimensionierung die Aufweitungen 6 jeweils durch nur eine der beiden Rohrwände 3a, 3b gebildet werden, um den gewünschten Effekt einer Unterbrechung des jeweiligen Kühlkanals 5 entlang seiner Längsrichtung L zu erzielen.
Die ersten und zweiten Rohrwände 3a, 3b sind im Bereich der Aufweitungen 6 jeweils stoffschlüssig mittels einer Lötverbindung miteinander verbunden. Auf diese Weise wird eine fluiddichte Trennung des jeweiligen Fluidkanals 5 in den ersten und zweiten Bereich 5a, 5b sichergestellt. In einer mit einem vereinfachten Herstellungsverfahren einhergehenden Variante kann aber auch auf eine stoffschlüssige Verbindung verzichtet werden, so dass die Rohrwände 3a, 3b nur aneinander anliegen.
Figur 3 illustriert nun eine Variante der Rohranordnung der Figuren 1 und 2, bei welcher die oben vorgestellten Aufweitungen 6 der Fluidrohre 3 zusätzlich an einem bezüglich der Längsrichtung L ersten Endabschnitt 7a der Fluidrohre 2 und an einem dem ersten Endabschnitt 7a gegenüberliegenden Endabschnitt 7b vorgesehen sind. Auf diese Weise werden die Kühlkanäle 5 in Längsrichtung L jeweils endseitig begrenzt und fluiddicht abgeschlossen. Zur Verbesserung der thermischen Kopplung zwischen Kühlmittel und Ladeluft kann in den Kühlkanälen, eine Rippenstruktur (nicht gezeigt) vorgesehen sein, an welcher sich die Rohrwände 3a, 3b der in Stapelrichtung S angrenzenden Flu- idrohre 2 abstützen.
Im Beispielszenario der Figuren 1 bis 3 ist die Rohranordnung 1 einstückig ausgebildet. In einer alternativen Variante kann die Rohranordnung 1 aber auch ein den ersten Kühlkanalbereich 5a umfassendes erstes Rohrteil und ein den zweiten Kühlkanalbereich 5b umfassendes zweites Rohrteil aufweisen, so dass die beiden Kühlkanalbereiche 5a, 5b in separaten Bauteilen vorgesehen sind, wobei das erste Rohrteil am zweiten Rohrteil, beispielsweise durch Einstecken, befestigbar ist oder umgekehrt. Hierzu mag die Aufweitung 6 bezüglich der Längsrichtung L der Fluidrohre 2 an einem dem ersten Rohrteil zugewandten Ende des zweiten Rohrteils vorgesehen, welche so dass das erste Rohrteil in das zweite Rohrteil einsteckbar bzw. umgekehrt. Die Aufweitung 6 ist folglich Teil einer Steckverbindung zwischen den beiden Rohrteilen.
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Claims

Ansprüche
1 . Rohranordnung (1 ) für einen Ladeluftkühler,
- mit einer Mehrzahl von Fluidrohren (2) zum Durchströmen mit zu kühlender Ladeluft einer Brennkraftmaschine, wobei die Fluidrohre (2) entlang einer Stapelrichtung (S) aufeinandergestapelt sind, welche sich quer zu einer Längsrichtung (L) der Fluidrohre (2) erstreckt,
- wobei jeweils zwischen einem ersten Fluidrohr (2) und einem zu diesem entlang der Stapelrichtung (S) benachbarten zweiten Fluidrohr (2) ein Kühlkanal (5) zum Durchströmen mit einem Kühlmittel vorgesehen ist,
- wobei der Kühlkanal (5) in der Stapelrichtung (S) durch eine erste Rohrwand (3a) des ersten Fluidrohrs (2), die dem zweiten Fluidrohr (2) zugewandt ist, und durch eine zweite Rohrwand (3b) des zweiten Fluidrohrs (2), die dem ersten Fluidrohr zugewandt ist, begrenzt ist,
- wobei jedes Fluidrohr (2) eine sich in Stapelrichtung (S) erstreckende Aufweitung (6) seiner ersten und/oder zweiten Rohrwand (3a, 3b) aufweist, welche den Kühlkanal (5) entlang der Längsrichtung (L) der Fluidrohre (2) in einen ersten Kühlkanalbereich (5a) und in einen von diesem fluidisch getrennten, zweiten Kühlkanalbereich (5b) unterteilt,
- wobei die Aufweitung (6) jeweils integral an den Rohrwänden (3a, 3b) ausgeformt ist.
2. Rohranordnung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Rohrwand (3a, 3b) im Bereich der Aufweitung (6) stoffschlüssig, insbesondere mittels einer Lötverbindung, miteinander verbunden sind.
3. Rohranordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kühlkanal (5) an einem bezüglich der Längsrichtung (L) ersten Endabschnitt (7a) und/oder einem dem ersten Endabschnitt (7a) gegenüberliegenden Endabschnitt (7b) durch eine Aufweitung (6) der ersten und/oder zweiten Rohrwand in Stapelrichtung (S) fluiddicht abgeschlossen wird.
4. Rohranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Fluidrohre (2) als Flachrohre ausgebildet sind.
5. Rohranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein jedes Fluidrohr (2) eine entlang der Stapelrichtung (S) gemessene Rohrhöhe aufweist, die höchstens ein Fünftel, vorzugsweise höchstens ein Zehntel, einer Rohrbreite beträgt, wobei die Rohrbreite entlang einer sich orthogonal sowohl zur Stapelrichtung (S) als auch orthogonal zur Längsrichtung (L) erstreckenden Breitenrichtung (B) erstreckt.
6. Rohranordnung nach Anspruch einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
in wenigstens einem Kühlkanal (5) eine Rippenstruktur ausgebildet ist, an welcher sich die Rohrwände (3a, 3b) der in Stapelrichtung (S) angrenzenden Fluidrohre (2) abstützen.
7. Rohranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens fünf, vorzugsweise wenigstens zehn, höchst vorzugsweise wenigstens zwanzig Fluidrohre (2) in Stapelrichtung (S) aufeinandergestapelt sind.
8. Rohranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine in Stapelrichtung (S) gemessene Kühlkanal-Höhe höchstens ein Fünftel, vorzugsweise höchstens ein Zehntel, der Rohrhöhe beträgt.
9. Rohranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Rohranordnung (1 ) ein den ersten Kühlkanalbereich (5a) umfassendes erstes Rohrteil und ein den zweiten Kühlkanalbereich umfassendes zweites Rohrteil umfasst,
das erste Rohrteil am zweiten Rohrteil befestigbar ist,
das zweite Rohrteil in einem am ersten Rohrteil befestigten Zustand dieses entlang der Längsrichtung (L) verlängert,
die Aufweitung (6) bezüglich der Längsrichtung (L) an einem dem ersten Rohrteil zugewandten Ende des zweiten Rohrteils vorgesehen ist, so dass das erste Rohrteil in das zweite Rohrteil einsteckbar ist, oder umgekehrt.
10. Rohranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Rohranordnung (1 ) ein den ersten Kühlkanalbereich (5a) umfassendes erstes Rohrteil und ein den ersten Kühlkanalbereich umfassendes zweiten Rohrteil umfasst,
das erste und das zweite Rohrteil einstückig ausgebildet sind.
1 1 . Ladeluftkühler für eine Brennkraftmaschine, mit einer Rohranordnung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem mit dem ersten Kühlkanalbereich (5a) eines jeden Kühlkanals (5) fluidisch verbundenen ersten Kühlmittelkreislauf und einem mit dem zweiten Kühlkanalbereich (5b) eines jeden Kühlkanals (5) fluidisch verbundenen zweiten Kühlmittelkreislauf.
12. Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug mit einem Ladeluftkühler nach Anspruch 1 1 .
13. Verfahren zur Herstellung einer Rohranordnung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , umfassend die folgenden Schritte:
a) Bereitstellen einer Rohranordnung (1 ) mit einer Mehrzahl von Fluidrohren (2), die entlang einer Stapelrichtung (S) aufeinandergestapelt sind, derart, dass jeweils zwischen einem ersten Fluidrohr (2) und einem zu diesem entlang der Stapelrichtung (S) benachbarten zweiten Fluidrohr ein Kühlkanal (5) zum Durchströmen mit einem Kühlmittel ausgebildet ist,
b) Einbringen einer integral an den Fluidrohren (2) ausgeformten Aufweitung (6) in jedes Fluidrohr (2) entlang der Längsrichtung (L) derart, dass die Fluidkanale (5) jeweils in einen ersten Kühlkanalbereich (5a) und einen von diesem fluidisch getrennten zweiten Kühlkanalbereich (5b) unterteilt werden.
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