EP3303969B1

EP3303969B1 - Kombination eines wärmetauschers und mindestens zwei alternativ an den wärmetauscher anschliessbarer anschlusselemente

Info

Publication number: EP3303969B1
Application number: EP16725852.4A
Authority: EP
Inventors: Michael Rohr
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2015-06-01
Filing date: 2016-05-30
Publication date: 2020-07-08
Anticipated expiration: 2036-05-30
Also published as: WO2016193196A1; DE102015108598A1; EP3303969A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, der eine Mehrzahl von Wärmetauscherrohren, die für eine Durchströmung mittels eines Kühlmittels vorgesehen sind, und mindestens zwei an die Wärmetauscherrohre an gegenüberliegenden Enden angeschlossene Wärmetauscherkästen umfasst, wobei zumindest einer der Wärmetauscherkästen eine Anschlussöffnung ausbildet, über die ein Kühlmittel in den Wärmetauscher eingebracht oder abgeführt werden kann. Kraftfahrzeuge weisen in der Regel mindestens ein Kühlsystem auf, in dem ein Kühlmittel mittels einer oder mehrerer Kühlmittelpumpen in mindestens einem Kühlkreis gepumpt wird und dabei Wärmeenergie von in den Kühlkreis integrierten Funktionskomponenten, wie beispielsweise einem Verbrennungsmotor, einem Elektromotor, einer Leistungselektronik oder einer Brennstoffzelle bei (teil-)elektrifizierten Kraftfahrzeugen, einem Ölkühler und/oder einem Ladeluftkühler, aufnimmt. Diese Wärmeenergie wird anschließend in einem (Umgebungs-)Wärmetauscher, dem sogenannten Hauptkühler, sowie zeitweise in einem Heizungswärmetauscher an die Umgebungsluft, im Fall des Heizungswärmetauschers an die zur Klimatisierung des Innenraums des Kraftfahrzeugs vorgesehene Umgebungsluft, abgegeben.
Verbreitet ist, Nebenaggregate von Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen über ein Befestigungselement, das in der Regel auch schwingungsentkoppelnd wirkt, direkt an dem Zylindergehäuse des Verbrennungsmotors anzubinden. Problematisch dabei kann sein, dass im Rahmen des sogenannten Downsizings die Hubvolumina und auch die Anzahl der Zylinder der Verbrennungsmotoren reduziert werden, was zu einer entsprechenden Verkleinerung der Zylindergehäuse führt. Dadurch wird die für die Anbindung von Nebenaggregaten zur Verfügung stehende Gehäusefläche ebenfalls reduziert. Diese Problematik wird dadurch verschärft, dass die Anzahl der Varianten eines Kraftfahrzeugs, die sich auch hinsichtlich des Antriebsstrangs unterscheiden, stetig zunimmt. Dies gilt insbesondere für die zunehmende Teilelektrifizierung des Antriebsstrangs bei sogenannten Hybridfahrzeugen, die die Unterbringung einer Vielzahl zusätzlicher Komponenten in den Motorräumen der Kraftfahrzeuge erfordert.
Um diese Problematik hinsichtlich der Integration einer Kühlmittelpumpe für ein Kühlsystem einer Brennkraftmaschine zu entschärfen, kann gemäß der DE 195 34 108 A1 vorgesehen werden, die Kühlmittelpumpe direkt in den Auslass eines Wärmetauscherkastens zu integrieren, wobei das aus Kunststoff ausgebildete Gehäuse des Wärmetauscherkastens gleichzeitig einen Teil des Gehäuses der Kühlmittelpumpe ausbilden kann.
Die in der DE 195 34 108 A1 vorgeschlagene Lösung ermöglicht zwar eine relativ platzsparende Integration einer Kühlmittelpumpe in ein Kühlsystem einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, ist jedoch hinsichtlich einer kostengünstigen Realisierung einer Vielzahl von Varianten von Brennkraftmaschinen beziehungsweise Kraftfahrzeugen, für die möglichst viele Einzelkomponenten des Kühlsystems möglichst unverändert eingesetzt werden sollen, nachteilig.
Die WO 2010/105689 A2 offenbart einen Wärmetauscher mit einer Mehrzahl von Wärmetauscherrohren und zwei Wärmetauscherkästen, von denen zumindest einer eine Anschlussschnittstelle aufweist. Die Anschlussschnittstelle ist zweiteilig ausgebildet und umfasst einen Anschlussstutzen aus einem ersten Material, insbesondere Stahl, und ein Befestigungselement aus einem von dem ersten Material verschiedenen, zweiten Material, insbesondere Aluminium.
Die WO 2009/108974 A1 beschreibt einen insbesondere als Hydrauliköl-Ladeluftkühler vorgesehenen Wärmetauscher mit Wärmetauscherkästen, an die jeweils ein Anschlusselement, das einen L-förmigen Durchgangskanal ausbildet, angeschlossen ist. Ein Ende dieses Durchgangskanals ist in Überdeckung mit einer Anschlussöffnung des dazugehörigen Wärmetauscherkastens angeordnet, während das andere Ende des Durchgangskanals ein Anschlussgewinde ausbildet. Die Anschlusselemente sind in insgesamt drei Winkelausrichtungen an dem jeweils dazugehörigen Wärmetauscherkasten befestigbar.
Die US 5,664,432 offenbart einen Wärmetauscher für eine Klimaanlage eines Fahrzeugs mit einer Mehrzahl von Wärmetauscherrohren und zwei damit verbundenen Wärmetauscherkästen. An einen der Wärmetauscherkästen sind zwei Anschlussblöcke angeschlossen, die jeweils einen Durchgangskanal ausbilden, der in Überdeckung mit einer Durchgangsöffnung in der Wandung des entsprechenden Wärmetauscherkastens steht. Jeweils ein freies Ende der Durchgangskanäle ist mit einem Innengewinde versehen, um eine Anbindung eines Anschlussrohrs zu ermöglichen. Die Positionierung dieses Endes der Durchgangskanäle kann bei verschiedenen Ausgestaltungsformen des Wärmetauschers an verschiedenen Seiten des jeweiligen Anschlussblocks vorgesehen sein.
Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, möglichst kostengünstig die bedarfsweise Integration einzelner Funktionselemente in ein Kühlsystem einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird mittels einer Kombination eines Wärmetauschers mit mehreren alternativ an den Wärmetauscher anschließbarer Anschlusselementen gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Kombination sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, einen Wärmetauscher, bei dem es sich insbesondere um einen Hauptkühler oder einen Ladeluftkühler eines Kühlsystems für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeug handeln kann, als ein Basismodul auszugestalten, das bei der Realisierung unterschiedlicher Varianten des Kühlsystems, die erfordern, dass mit diesem Wärmetauscher bedarfsweise verschiedene Funktionselemente gekoppelt oder unterschiedliche Anschlussstutzen kombiniert werden, unverändert gehalten wird, während die sich aus den Varianten ergebenden Unterschiede in verschiedenen, an dieselbe Anschlussschnittstelle des Wärmetauschers anschließbaren Anschlusselementen realisiert werden. Es kann somit für alle Varianten derselbe Wärmetauscher als Basismodul verwendet werden, der dann in Abhängigkeit von einer zu realisierenden Variante mit dem entsprechenden Anschlusselement kombiniert wird.
Demnach betrifft die Erfindung einen solchen als Basismodul dienenden Wärmetauscher, der eine Mehrzahl von Wärmetauscherrohren, die für eine Durchströmung mittels einer Kühlflüssigkeit vorgesehen sind, und mindestens zwei an die Wärmetauscherrohre an gegenüberliegenden Enden angeschlossene (und zumindest einzelne der Wärmetauscherrohre fluidleitend miteinander verbindende) Wärmetauscherkästen umfasst, wobei zumindest einer der Wärmetauscherkästen eine Anschlussöffnung ausbildet, die eine Anschlussschnittstelle zur Verbindung mit einem Anschlusselement ausbildet. Dieser Wärmetauscher ist erfindungsgemäß in Kombination mit mehreren (mindestens zwei) alternativ an die Anschlussschnittstelle in fluidleitender Verbindung mit der Anschlussöffnung anschließbarer, sich funktional unterscheidender Anschlusselemente beansprucht.
Dabei ist vorgesehen, dass die Anschlusselemente mit oder ohne integriertes Funktionselement ausgebildet sind, wobei zumindest eines der Anschlusselemente mit und vorzugsweise zumindest eines ohne integriertes Funktionselement ausgebildet ist. Bei einem solchen Funktionselement kann es sich um eine Kühlmittelpumpe, ein Mischventil oder einen Temperatursensor handeln.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Anschlusselemente jeweils einen Anschlussstutzen ausbilden, wobei die Anschlussstutzen mit oder ohne Schnellkupplungsfunktionalität ausgebildet sind. Bevorzugt kann dabei vorgesehen sein, dass zumindest eines der Anschlusselemente mit einer Schnellkupplungsfunktionalität und zumindest eines der Anschlusselemente ohne Schnellkupplungsfunktionalität ausgebildet ist.
Als "Schnellkupplungsfunktionalität" wird erfindungsgemäß das Vorhandensein eines Verbindungssystems, das einer dauerhaften Verbindung (lösbar oder unlösbar) des entsprechenden Anschlussstutzens mit einem komplementären Kupplungselement einer Kühlmittelleitung dient, verstanden, wobei das Verbindungssystem eine form- oder kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Anschlussstutzen und dem Kupplungselement selbsttätig beim Zusammenstecken oder durch eine einfache Kupplungsbewegung, wie beispielsweise ein Drehen oder Verschieben eines Kupplungsrings, ausgebildet wird, ohne dass dazu ein separat handzuhabendes Verbindungselement eingesetzt werden müsste.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung umfasst die erfindungsgemäße Kombination mindestens vier oder mindestens sechs oder mindestens acht sich funktional unterscheidende Anschlusselemente. Diese können aus der folgenden Gruppe ausgewählt sein:

Anschlusselement ohne Funktionselement und mit Anschlussstutzen ohne Schnellkupplungsfunktionalität;
Anschlusselement ohne Funktionselement und mit Anschlussstutzen mit Schnellkupplungsfunktionalität;
Anschlusselement mit Funktionselement und mit Anschlussstutzen ohne Schnellkupplungsfunktionalität; dieses jeweils in einer Ausgestaltung des Funktionselements als Kühlmittelpumpe, Mischventil oder Temperatursensor; und
Anschlusselement mit Funktionselement und mit Anschlussstutzen mit Schnellkupplungsfunktionalität; dieses jeweils in einer Ausgestaltung des Funktionselements als Kühlmittelpumpe, Mischventil oder Temperatursensor.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kombination kann vorgesehen sein, dass die mindestens zwei Anschlusselemente (zu der Anschlussschnittstelle komplementäre) identische Gegenschnittstellen aufweisen. Dadurch kann im Hinblick auf das Erfordernis einer hinreichenden Abdichtung der von der Anschlussschnittstelle des Wärmetauschers und der Gegenschnittstelle des jeweils mit dem Wärmetauscher zu kombinierenden Anschlusselements die geometrische Gestaltung der Anschlussschnittstelle des Wärmetauschers relativ einfach gehalten werden.
Insbesondere kann dazu vorgesehen sein, dass die Anschlussschnittstelle und/oder die Gegenschnittstellen eine in einer Ebene (d.h. einer flachen Fläche) angeordnete Kontaktfläche ausbildet. Besonders bevorzugt kann dabei vorgesehen sein, dass die gesamte Kontaktfläche der Anschlussschnittstelle und/oder der Gegenschnittstellen, in einer (einzigen) Ebene angeordnet ist. Als "Kontaktfläche" wird dabei diejenige Fläche der Anschlussschnittstelle beziehungsweise einer Gegenschnittstelle verstanden, die bei an den Wärmetauscher angeschlossenem Anschlusselement die jeweilige andere Komponente (Anschlusselement oder Wärmetauscher) kontaktiert.
Um ein ausreichend abgedichtetes Anschließen des jeweiligen Anschlusselements an den Wärmetauscher zu erreichen, kann weiterhin bevorzugt vorgesehen sein, dass in die Kontaktfläche ein Dichtelement integriert ist. Dabei kann das Dichtelement insbesondere in die von der Anschlussschnittstelle ausgebildet Kontaktfläche integriert sein. Bei dem Dichtelement kann es sich insbesondere um ein solches handeln, das für die Erzielung einer Dichtwirkung elastisch zwischen Abschnitten der Kontaktflächen der Anschlussschnittstelle und der Gegenschnittstellen deformiert wird. Die "Integration" des Dichtelement in eine Kontaktfläche der Anschlussschnittstelle und/oder der Gegenschnittstellen erfordert erfindungsgemäß zumindest, dass das Dichtelement bei an den Wärmetauscher angeschlossenem Anschlusselement die entsprechende Kontaktfläche kontaktiert. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Dichtelement auch dann, wenn der Wärmetauscher (noch) nicht mit einem Anschlusselement verbunden ist, mit der entsprechenden Kontaktfläche verbunden ist. Dies kann insbesondere die Montage der erfindungsgemäßen Kombinationen erleichtern, da dann eine zusätzliche, insbesondere manuelle Lagesicherung des Dichtelements entfallen kann.
Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das in die Kontaktfläche integrierte Dichtelement in einer sich von dieser Kontaktfläche ausgehenden Aufnahmevertiefung angeordnet ist, wodurch dessen Montage vereinfacht und insbesondere auch eine Lagesicherung für das Dichtelement bei dem Anschließen eines Anschlusselements an den Wärmetauscher erreicht werden kann.
In einer konstruktiv vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kombination kann vorgesehen sein, dass das Dichtelement als die Anschlussöffnung umgebender Dichtring ausgebildet ist.
Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Anschlussöffnung einen Öffnungsquerschnitt aufweist, dessen (größte) Abmessung in Längsrichtung des entsprechenden Wärmetauscherkastens größer als die (größte) Abmessung in Querrichtung dieses Wärmetauscherkastens ist. Weiterhin bevorzugt kann die Anschlussöffnung einen im Wesentlichen rechteckigen Öffnungsquerschnitt (d.h. mit zumindest zwei Paaren von im Wesentlichen parallel verlaufenden Begrenzungskanten, die abgewinkelt oder über eine Rundung ineinander übergehen) aufweisen.
Verbindungsmittel, die für die dauerhafte Verbindung (lösbar oder unlösbar) des Wärmetauschers mit den alternativen Anschlusselementen vorgesehen sind, können vorzugsweise aus folgender Gruppe ausgewählt sein: Verschraubung, Verklebung, Verschweißung und/oder Verrastung. Eine Verschraubung kann insbesondere kostengünstig umsetzbar sein. Ein besonderer Vorteil einer Verklebung und einer Verschweißung ist die Möglichkeit, diese gleichzeitig abdichtend auszuführen, so dass gegebenenfalls auf ein zusätzliches Dichtelement verzichtet werden kann. Ein besonderer Vorteil einer Verrastung liegt in der einfachen und schnellen Verbindbarkeit des Wärmetauschers mit dem entsprechenden Anschlusselement. Dabei wird als "Verrastung" eine formschlüssig wirkende Verbindung verstanden, deren Eingriff auf einer temporären Deformation eines Rastelements bewirkt. Eine solche Verrastung kann beispielsweise als ein elastisch auslenkbarer Rasthaken eines der miteinander zu verbinden Komponenten, der infolge einer sich aus seiner Auslenkung ergebenden Rückstellung mit einem Rastabschnitt hinter einen Vorsprung einer anderen der miteinander zu verbindenden Komponenten greift. Eine weitere mögliche Ausgestaltung einer Verrastung kann einen elastisch deformierbaren Bügel vorsehen, der in der verbindenden Stellung an zwei voneinander beabstandeten Stellen entweder mit jeweils einer der miteinander zu verbindenden Komponenten verbunden ist oder mit einer der zwei miteinander zu verbindenden Komponenten formschlüssig verbunden ist und dabei die andere der miteinander zu verbindenden Komponenten übergreift.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kühlsystem mit einem Wärmetauscher und einem Anschlusselement gemäß einer erfindungsgemäßen Kombination, wobei dieses Kühlsystem insbesondere Teil einer (erfindungsgemäßen) Brennkraftmaschine sein kann. Dabei kann insbesondere ein Hauptkühler und/oder ein Ladeluftkühler als ein Wärmetauscher gemäß einer erfindungsgemäßen Kombination ausgebildet sein. Das Kühlsystem kann ein oder mehrere Kühlkreise ausbilden, in die verschiedene weitere (neben einem Hauptkühler und/oder einem Ladeluftkühler) Wärmetauschkomponenten, wie insbesondere ein Verbrennungsmotor (beziehungsweise ein Zylindergehäuse und/oder ein Zylinderkopf des Verbrennungsmotors), ein Motorölkühler, ein Getriebeölkühler und/oder einen Heizungswärmetauscher, integriert sein können.
Als "Hauptkühler" wird ein (Umgebung-) Wärmetauscher verstanden, der primär oder ausschließlich dafür vorgesehen ist, Wärmeenergie eines in dem oder den Kühlkreisen zirkulierenden Kühlmittels, die das/die Kühlmittel bei der Durchströmung einer oder mehrerer der weiteren in den oder die Kühlkreise integrierten Wärmetauschkomponenten aufgenommen hat, an Umgebungsluft zu übertragen.
Vorteilhafterweise kann es sich bei dem in einer erfindungsgemäßen Kombination genutzten Wärmetauscher um einen Kombinationswärmetauscher handeln, der zumindest zwei voneinander separierte Strömungsführungen für Kühlmittel ausbildet, wodurch dieser in eine entsprechende Anzahl von voneinander separierten Kühlkreisen eines erfindungsgemäßen Kühlsystems integrierbar ist. Einer dieser Kühlkreise kann beispielsweise ein sogenannter Hochtemperaturkühlkreis sein, der bei einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine zumindest den Verbrennungsmotor als weitere Wärmetauschkomponente integrieren kann. Ein weiterer dieser Kühlkreise kann beispielsweise ein sogenannter Niedertemperaturkühlkreis sein, der bei einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine insbesondere einen Ladeluftkühler und/oder einen Heizungswärmetauscher als weiterer Wärmetauschkomponente integrieren kann. Dabei kann weiterhin bevorzugt vorgesehen sein, dass die Anschlussschnittstelle des Wärmetauschers, an die erfindungsgemäß mehrere alternativ, sich funktional unterscheidende Anschlusselemente anschließbarer sind, in den Niedertemperaturkühlkreis integriert ist, weil insbesondere für diesen die Integration von unterschiedlichen Anschlusselementen zur Realisierung unterschiedlicher Varianten des Kühlsystems vorgesehen sein kann. Sofern dann ein mit dem Wärmetauscher kombiniertes Anschlusselement eine Kühlmittelpumpe als Funktionselement umfasst, kann diese insbesondere elektrisch antreibbar ausgebildet sein und/oder zusätzlich zu einer in den Hauptkühlkreis integrierten Hauptkühlmittelpumpe vorgesehen sein, wobei die Hauptkühlmittelpumpe beispielsweise mechanisch von dem Verbrennungsmotor selbst oder elektromotorisch antreibbar ausgebildet sein kann.
Die Erfindung betrifft zudem ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein radbasiertes Kraftfahrzeug (vorzugsweise PKW oder LKW), mit einem Wärmetauscher und einem Anschlusselement gemäß einer erfindungsgemäßen Kombination. Dabei kann eine (erfindungsgemäße) Brennkraftmaschine zur (direkten oder indirekten) Bereitstellung der Antriebsleistung für das Kraftfahrzeug vorgesehen sein.
Die unbestimmten Artikel ("ein", "eine", "einer" und "eines"), insbesondere in den Patentansprüchen und in der die Patentansprüche allgemein erläuternden Beschreibung, sind als solche und nicht als Zahlwörter zu verstehen. Entsprechend damit konkretisierte Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und mehrfach vorhanden sein können.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausgestaltungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1:: in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug;
Fig. 2:: einen Wärmetauscher zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Kombination;
Fig. 3:: den in der Fig. 2 mit III gekennzeichneten Ausschnitt in vergrößerte Darstellung;
Fig. 4:: den Wärmetauscher gemäß den Fig. 2 und 3 in Kombination mit einem ersten Anschlusselement;
Fig. 5:: den Wärmetauscher gemäß den Fig. 2 und 3 in Kombination mit einem zweiten Anschlusselement;
Fig. 6:: den Wärmetauscher gemäß den Fig. 2 und 3 in Kombination mit einem dritten Anschlusselement;
Fig. 7:: den Wärmetauscher gemäß den Fig. 2 und 3 in Kombination mit einem vierten Anschlusselement;
Fig. 8 bis 10:: schematisch alternative Ausgestaltungen der Anschlussöffnung für einen Wärmetauscher gemäß den Fig. 2 und 3; und
Fig. 11 bis 14:: schematisch unterschiedliche Ausgestaltungen von Verbindungsmitteln zur Verbindung eines Wärmetauschers mit einem von mehreren alternativen Anschlusselementen einer erfindungsgemäßen Kombination.

Die Fig. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine 10. Diese Brennkraftmaschine 10 umfasst einen mittels eines Verdichters 28 aufgeladenen Verbrennungsmotor 12, der im Betrieb die Antriebsleistung für den Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs zur Verfügung stellt. Der Verdichter kann dabei Teil eines im Übrigen nicht dargestellten Abgasturboladers sein. Das Kraftfahrzeug umfasst weiterhin ein Kühlsystem mit einem oder mehreren Kühlkreisen, wobei das Kühlsystem der Kühlung einzelner Komponenten des Antriebsstrangs, unter anderem des Verbrennungsmotors 12, eines Motorölkühlers 14, eines Getriebeölkühlers 16 und eines Ladeluftkühlers 18, dient. In dem Kühlsystem zirkuliert ein Kühlmittel (konkret eine Kühlflüssigkeit), die Wärmeenergie von den zu kühlenden (Wärmetausch-)Komponenten aufnimmt. Diese Wärmeenergie wird in einem Hauptkühler 20 sowie zumindest zeitweise in einem Heizungswärmetauscher 22 durch Wärmeübergang auf Umgebungsluft wieder abgekühlt, so dass diese wieder zu den zu kühlenden Komponenten rezirkuliert werden kann. In dem Hauptkühler 20 erfolgt der Wärmeübergang von der Kühlflüssigkeit auf die Umgebungsluft ausschließlich mit dem Ziel der Kühlung des Kühlmittels. Der Wärmeübergang in dem Heizungswärmetauscher 22 erfolgt dagegen primär mit dem Ziel der Temperierung von Umgebungsluft, die anschließend einem Innenraum 24 des Kraftfahrzeugs zugeführt werden soll. Der Transport des Kühlmittels in dem Kühlsystem erfolgt mittels einer Hauptkühlmittelpumpe 26, die direkt von dem Verbrennungsmotor 12 oder auch separat von einem dazugehörigen Elektromotor (nicht dargestellt) antreibbar sein kann.
Um mittels des Ladeluftkühlers 18 eine ausreichende Kühlleistung zur Erzielung eines Zieltemperaturbereichs für die dem Verbrennungsmotor 12 zuzuführende Ladeluft zu erreichen, kann es notwendig oder sinnvoll sein, diesen in einen sogenannten Niedertemperaturkühlkreis zu integrieren, der von einem die übrigen Wärmetauschkomponenten integrierenden Hochtemperaturkühlkreis separiert ist, was die Realisierung unterschiedlicher Kühlmitteltemperaturen in den verschiedenen Kühlkreisen ermöglicht. Während die Hauptkühlmittelpumpe 26 das Kühlmittel in dem Hochtemperaturkühlkreis fördert, kann eine zusätzliche, insbesondere elektromotorisch angetriebene Kühlmittelpumpe 30 für den Niedertemperaturkühlkreis vorgesehen sein.
Im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs mit ausreichend hoher Fahrgeschwindigkeit kann die Anströmung des Kraftfahrzeugs durch die Umgebungsluft ausreichend für die mittels des Kühlsystems zu erbringende Kühlleistung sein. Im Stillstand des Kraftfahrzeugs mit laufendem Verbrennungsmotor 12 sowie in einem Fahrbetrieb mit einem Betrieb des Verbrennungsmotors 12 mit relativ hoher Last und relativ geringer Fahrgeschwindigkeit, wie beispielsweise bei Bergauffahrt und/oder in einem Hängerbetrieb, kann die Anströmung des Kraftfahrzeugs durch die Umgebungsluft dagegen nicht ausreichend sein. Insbesondere für diesen Fall ist noch ein Gebläse 28 dem Hauptkühler 20 nachgeschaltet, das dann in Betrieb genommen wird, um eine ausreichende Durchströmung des Hauptkühlers 20 zu gewährleisten.
Die Fig. 2 zeigt in Kombination mit einem Gebläse 28 einen Wärmetauscher 36, der entsprechend einer erfindungsgemäßen Kombination alternativ mit mehreren sich funktional unterscheidenden Anschlusselementen 34 kombinierbar ist (vgl. Fig. 4 bis 7) und als Hauptkühler 20 in einem Kraftfahrzeug gemäß der Fig. 1 zum Einsatz kommen kann. Der Wärmetauscher 36 umfasst in bekannter Weise eine als Wärmetauscherblock 38 bezeichnete Einheit aus parallel verlaufenden Wärmetauscherrohren (nicht im Detail gezeigt), die über Wellrippen (nicht im Detail gezeigt) miteinander verbunden sind. Die Wärmetauscherrohre münden alle mit einem ihrer Enden in einen ersten Wärmetauscherkasten 40 und mit ihren anderen Enden in einen zweiten Wärmetauscherkasten 42. Während die Wärmetauscherrohre und die Wellrippen vorzugsweise aus einem Metall und insbesondere einer Aluminiumlegierung ausgebildet sein können, kann eine Ausbildung der Wärmetauscherkästen aus Kunststoff herstellungstechnisch vorteilhaft sein.
In den ersten Wärmetauscherkasten 40 ist ein eine Einlassöffnung ausbildender Einlassflansch 44 sowie ein eine Auslassöffnung ausbildender Auslassflansch 46 integriert. Mittels des Einlassflanschs 44 und des Auslassflanschs 46 des ersten Wärmetauscherkastens 40 ist ein Hochtemperaturabschnitt des Wärmetauschers (in der Fig. 2 in etwa die oberen zwei Drittel des Wärmetauscherblocks 38 und der Wärmetauscherkästen 40, 42) in einen Hochtemperaturkühlkreis einer Brennkraftmaschine 10 eines Kraftfahrzeugs integrierbar. In den zweiten Wärmetauscherkasten 42 ist ein eine Einlassöffnung ausbildender Einlassflansch 48 sowie erfindungsgemäß eine Anschlussschnittstelle 50 integriert, die eine Anschlussöffnung 52 (konkret eine Auslassöffnung) umfasst. Mittels des Einlassflanschs 48 und der Anschlussöffnung 52 ist ein (von dem Hochtemperaturabschnitt strukturell separierter) Niedertemperaturabschnitt des Wärmetauschers 36 (in der Fig. 2 in etwa das untere Drittel des Wärmetauscherblocks 38 und der Wärmetauscherkästen 40, 42) in einen Niedertemperaturkühlkreis einer Brennkraftmaschine 10 eines Kraftfahrzeugs integrierbar. Der Wärmetauscher 36 ist folglich als sogenannter Kombinationswärmetauscher ausgeführt, der zwei voneinander separierte Strömungsführungen für Kühlmittel, die jeweils für die Integration in einen von zwei Kühlkreisen vorgesehen sind, aufweist.
Wie sich insbesondere aus der Fig. 3 ergibt, weist die Anschlussschnittstelle 50 eine in einer einzigen Ebene gelegene Kontaktfläche 54 auf, die eine Umrandung für die Anschlussöffnung 52 sowie Flächenabschnitte von daran anschließenden Befestigungsflanschen 56 umfasst. In die Befestigungsflansche 56 sind Öffnungen eingebracht, die der Aufnahme von Gewindebolzen von Schrauben (nicht dargestellt) dienen, wenn eines von mehreren alternativ mit dem Wärmetauscher 36 kombinierbaren Anschlusselementen 34, die alle eine identische Gegenschnittstelle für die Anschlussschnittstelle 50 des zweiten Wärmetauscherkastens 42 aufweisen, mit dem zweiten Wärmetauscherkasten 52 verbunden ist.
In den die Umrandung für die Anschlussöffnung 52 ausbildenden Abschnitt der Kontaktfläche 54 der Anschlussschnittstelle 50 ist eine umlaufende Vertiefung integriert, die der Aufnahme eines Dichtelements 58 in Form einer ringförmigen Dichtschnur vorgesehen ist. Mittels dieses Dichtelements 58 wird der zwischen der Anschlussschnittstelle 50 des zweiten Wärmetauscherkastens 42 und der Gegenschnittstelle des jeweiligen Anschlusselements 34 ausgebildete Spalt gegen einen Austritt von Kühlmittel abgedichtet.
Die Fig. 4 bis 7 zeigt den Wärmetauscher 36 in Kombination mit jeweils einem anderen Anschlusselement 34 einer erfindungsgemäßen Kombination.
Die Anschlusselemente 34 gemäß den Fig. 4 und 5 bilden lediglich einen Anschlussstutzen 60 (konkret Auslassstutzen) aus, der bei der Variante gemäß der Fig. 4 mit einer Schnellkupplungsfunktionalität versehen ist. Dazu bildet dieser Anschlussstutzen definierte Vorsprünge und/oder Vertiefungen aus, die mit einem komplementären Kupplungselement einer an den Anschlussstutzen 60 anzuschließenden Kühlmittelleitung (nicht dargestellt) zusammenwirken, um eine formschlüssige Verbindung auszubilden. Der Anschlussstutzen 60 bei der Variante gemäß der Fig. 5 ist dagegen einfach ausgebildet. Auf diesen wird ein Ende einer anzuschließenden Kühlmittelleitung (nicht dargestellt) aufgeschoben und beispielsweise mittels einer separaten Schlauchklemme (nicht dargestellt) fixiert.
Die Anschlusselemente 34 gemäß den Fig. 6 und 7 integrieren dagegen nicht nur jeweils einen Anschlussstutzen 60 sondern auch noch ein zusätzliches Funktionselement, das bei der Variante gemäß der Fig. 6 ein Temperatursensor 62 und bei der Variante gemäß der Fig. 7 eine elektromotorisch betriebene Kühlmittelpumpe 30 ist. Dabei zeigt die Variante gemäß der Fig. 6 ein Anschlusselement 34, das einen Anschlussstutzen 60 mit Schnellkupplungsfunktionalität und einen Temperatursensor 62 integriert, während die Variante gemäß der Fig. 7 einen einfachen Anschlussstutzen 60 mit einer Kühlmittelpumpe 30 kombiniert. Selbstverständlich kann die Ausgestaltung der Anschlussstutzen 60 auch anders sein, so dass eine Kombination von Temperatursensor 62 und einfachem Anschlussstutzen 60 ebenso möglich ist wie die Kombination von Kühlmittelpumpe 30 und Anschlussstutzen 60 mit Schnellkupplungsfunktionalität. Auch kann ein Anschlusselement 34 vorgesehen sein, dass sowohl einen Temperatursensor 62 als auch eine Kühlmittelpumpe 30 als Funktionselemente integriert.
Die Anschlussöffnung 52 bei dem Wärmetauscher 36 gemäß den Fig. 2 und 3 weist einen im Wesentlichen rechteckigen Öffnungsquerschnitt auf, wobei die Eckbereiche abgerundet ausgebildet sind. Die (größte) Abmessung des Öffnungsquerschnitts in Richtung einer Längsachse 64 des zweiten Wärmetauscherkastens 42 ist deutlich größer und beträgt insbesondere mehr als das Doppelte der (größten) Abmessung in Querrichtung des zweiten Wärmetauscherkastens 42.
Die Fig. 8 bis 10 zeigen alternative Ausgestaltungen für die Anschlussöffnung 52, wobei die Fig. 8 einen kreisförmigen Öffnungsquerschnitt, die Fig. 9 einen (nicht-kreisförmigen) ovalen und insbesondere elliptischen Öffnungsquerschnitt (mit der großen Ellipsenachse in Längsrichtung des zweiten Wärmetauscherkastens 42 ausgerichtet) und die Fig. 10 einen doppelt kreisförmigen Öffnungsquerschnitt zeigt.
Die Fig. 11 bis 14 zeigen schließlich noch schematisch unterschiedliche Ausgestaltungen von Verbindungsmitteln zur Verbindung des zweiten Wärmetauscherkastens 42 des Wärmetauschers 36 gemäß den Fig. 2 und 3 mit einem der mehreren alternativ nutzbaren Anschlusselementen 34. Während die Fig. 11 das bereits beschriebene Verschrauben eines Anschlusselements 34 mit dem zweiten Wärmetauscherkasten 42 zeigt, ist in den Fig. 12 und 14 eine stoffschlüssige Verbindung dargestellt, die bei der Variante gemäß der Fig. 12 in Form einer Verklebung 66 und bei der Variante gemäß der Fig. 14 in Form einer Verschweißung 68 (beispielsweise durch Spiegel- oder Reibschweißen) realisiert ist. Die Fig. 13 offenbart dagegen formschlüssig wirkende Verbindungsmittel in Form einer Verrastung, die durch beweglich mit dem zweiten Wärmetauscherkasten 42 verbundene, elastisch deformierbare Rastbügel 70, die hinter jeweils einen Vorsprung des Anschlusselements 34 greifen, ausgebildet ist.

BEZUGSZEICHENLISTE

10: Brennkraftmaschine
12: Verbrennungsmotor
14: Motorölkühler
16: Getriebeölkühler
18: Ladeluftkühler
20: Hauptkühler
22: Heizungswärmetauscher
24: Innenraum des Kraftfahrzeugs
26: Hauptkühlmittelpumpe
28: Verdichter
30: Kühlmittelpumpe
32: Gebläse
34: Anschlusselement
36: Wärmetauscher
38: Wärmetauscherblock
40: erster Wärmetauscherkasten
42: zweiter Wärmetauscherkasten
44: Einlassflansch des ersten Wärmetauscherkastens
46: Auslassflansch des ersten Wärmetauscherkastens
48: Einlassflansch des zweiten Wärmetauscherkastens
50: Anschlussschnittstelle
52: Anschlussöffnung
54: Kontaktfläche
56: Befestigungsflansch
58: Dichtelement
60: Anschlussstutzen
62: Temperatursensor
64: Längsachse des zweiten Wärmetauscherkastens
66: Verklebung
68: Verschweißung
70: Rastbügel

Claims

Kombination eines Wärmetauschers (36), der eine Mehrzahl von Wärmetauscherrohren, die für eine Durchströmung mittels eines Kühlmittels vorgesehen sind, und mindestens zwei an die Wärmetauscherrohre an gegenüberliegenden Enden angeschlossene Wärmetauscherkästen (40, 42) umfasst, wobei zumindest einer der Wärmetauscherkästen (42) eine Anschlussöffnung (52) ausbildet, die in eine Anschlussschnittstelle (50) zur Verbindung mitteinem Anschlusselement (34) integriert ist, und mehrerer alternativ an die Anschlussschnittstelle (50) in fluidleitender Verbindung mit der Anschlussöffnung (52) anschließbarer, sich funktional unterscheidender Anschlusselemente (34), wobei sich die funktionalen Unterschiede daraus ergeben, dass
- die Anschlusselemente (34) mit oder ohne integriertes Funktionselement ausgebildet sind, wobei zumindest eines der Anschlusselemente mit integriertem Funktionselement ausgebildet ist und wobei dieses Funktionselement eine Kühlmittelpumpe (30), ein Mischventil oder einen Temperatursensor (62) umfasst, und

- die Anschlusselemente (34) jeweils einen Anschlussstutzen (60) ausbilden, wobei die Anschlussstutzen (60) mit oder ohne Schnellkupplungsfunktionalität ausgebildet sind.
Kombination gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Anschlusselemente (34) identische Gegenschnittstellen aufweisen.
Kombination gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussschnittstelle und/oder die Gegenschnittstellen eine in einer Ebene angeordnete Kontaktfläche (54) ausbildet/ausbilden.
Kombination gemäß Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein in die Kontaktfläche (54) integriertes Dichtelement (58).
Kombination gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (58) als die Anschlussöffnung (52) umgebender Dichtring ausgebildet ist.
Kombination gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussöffnung (52) einen im Wesentlichen rechteckigen Öffnungsquerschnitt aufweist.
Kombination gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Verbindungsmittel zur Verbindung des Wärmetauschers (36) mit den Anschlusselementen (34) aus folgender Gruppe ausgewählt sind:
- Verschraubung,

- Verklebung (66),

- Verschweißung (68)

- Verrastung.