-
Die
Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager
mit mehreren Wärmeübertragungskreisen,
mit zwei Kühlmittelkästen und
einem zwischen den Kühlmittelkästen angeordneten
Rippen/Rohrblock.
-
Ein
solcher Wärmeübertrager
ist für
den Einsatz in einem Kraftfahrzeug allgemein bekannt. In dem Wärmeübertrager
sind wenigstens zwei von einander unabhängige Wärmeübertragungskreise integriert,
durch die das gleiche Kühlmittel
in unterschiedlichen Kreisläufen
führbar
ist. Für
jeden Kühlmittelkreis,
d. h. für
jeden Wärmeübertragungskreis, sind
separate Befüllöffnungen
vorgesehen, durch die den verschiedenen Wärmeübertragungskreisen bei Inbetriebnahme
des Wärmeübertragers
das Kühlmittel
zugeführt
wird.
-
Die
DE 90 17 253 U1 offenbart
einen Wasserkasten mit einer Ablassvorrichtung mit einem drehbaren
Ablasselement.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Wärmeübertrager
der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine Kühlmittelbefüllung mit
gegenüber
dem Stand der Technik erheblich reduziertem Aufwand ermöglicht.
-
Die
Lösung
dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben.
-
Durch
die erfindungsgemäße Lösung ist
die Befüllung
aller Wärmeübertragungskreise
des Wärmeübertragers über einen
einzelnen, gemeinsamen Rohrstutzen möglich, wodurch gegenüber dem Stand
der Technik nur noch eine einzelne Befüllleitung und demzufolge nur
noch ein einzelner Leitungsanschluss zum Rohrstutzen hin benötigt werden.
Es muss somit auch nur ein einzelner Anschluss entsprechend abgedichtet
werden. Dadurch ist eine einfachere und kostengünstigere Befüllung bei
erheblich erhöhter
Befüllungssicherheit
erzielbar. Es lässt
sich eine verbesserte Befüllungsqualität mit reduzierter
Leckage erreichen. Zudem werden gegenüber dem Stand der Technik weitere
Anschlussteile eingespart. Vorzugsweise ist der Wärmeübertrager mit
wenigstens zwei Wärmeübertragungskreisen
versehen. Der Kanalbereich im Kühlmittelkasten
und der Rohrstutzen ergänzen
einander, so dass weder der Kanalbereich noch der Rohrstutzen für sich jeweils einen
vollständig
geschlossenen Hohlprofilabschnitt, sondern lediglich gemeinsam einen
entsprechenden Hohlprofilmantel bilden müssen. Der Rohrstutzen und der
Kanalbereich sind vorzugsweise wenigstens abschnittsweise hohlzylindrisch
gestaltet, so dass der Rohrstutzen relativ zum Kanalbereich verdrehbar ist.
In gleicher Weise können
Rohrstutzen und Kanalbereich im Querschnitt auch mehreckig gestaltet sein,
so dass die unterschiedlichen Befüll- und Verschlussfunktionen zwischen Rohrstutzen
und Kanalbereich durch axiale Verschiebung des Rohrstutzens relativ
zum Kanalbereich erzielbar sind. Im Eintrittsbereich des Rohrstutzens
in den Kühlmittelkasten
ist der Kanalbereich vorzugsweise umlaufend ring- oder rohrförmig gestaltet,
um ein sicheres Umschließen und
Abdichten des Rohrstutzens in diesem Bereich zu ermöglichen.
Im weiter nach innen erfolgenden Verlauf des Kanalbereichs hingegen
können
sowohl der Kanalbereich als auch der Rohrstutzen in beschriebener
Weise offen und einander ergänzend
gestaltet sein.
-
In
Ausgestaltung der Erfindung ist der Rohrstutzen mit einer Rücklaufleitung
eines Ausgleichsbehälters
verbindbar, und dem Kanalbereich und dem Rohrstutzen ist wenigstens
eine Rücklauföffnung zugeordnet,
die derart positioniert ist, dass sie in der die Befüllöffnungen
verschließenden
Endposition des Rohrstutzens offen ist. Dadurch dient der Rohrstutzen
zusätzlich
als Rücklaufanschluss
für die Rücklaufleitung
des Ausgleichsbehälters,
so dass auch für
diese Funktion kein zusätzlicher
Anschlussstutzen am Kühlmittelkasten
benötigt
wird.
-
In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Rücklauföffnung durch eine in einen
Hochtemperaturkreis mündende
Befüllöffnung gebildet.
Die Befüllöffnung weist
somit eine Doppelfunktion auf, indem sie sowohl als Mündung der
Rücklaufleitung
als auch zum Befüllen
des entsprechenden Wärmeübertragungskreises
dient. Die Führung
der Rücklaufleitung
in einen Hochtemperatur-Wärmeübertragungskreis
ist vorteilhaft, da die Temperatur der aus dem Ausgleichsbehälter rücklaufenden
Flüssigkeit
relativ hoch ist, so dass die Einmündung dieses rücklaufenden
Kühlmittels
in einen Niedertemperatur-Wärmeübertragungskreis
zu einer übermäßigen Erhöhung dieses
Niedertemperatur-Wärmeübertragungskreises
führen
würde,
der die Funktion des Wärmeübertragungskreises
beeinträchtigen
könnte.
-
In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Rohrstutzen mittels
eines zweistufigen Bajonettverschlusses am Kühlmittelkasten sicherbar, wobei der
Rohrstutzen in einer ersten Schließstufe die Befüllöffnungen
freigibt und in einer zweiten Schließstufe einen Teil der Befüllöffnungen
verschließt.
Dies ist eine besonders einfache und funktionssichere Ausgestaltung,
wobei der Bajonettverschluss vorzugsweise gegen eine elastische
Dichtung zwischen Rohrstutzen und Aufnahmebereich am Kühlmittelkasten
wirkt.
-
In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen der Rohrstutzen und
der Kanalbereich aufeinander abgestimmte, formschlüssige Codierungen
auf, die für
ein Einsetzen und Entfernen des Rohrstutzens miteinander fluchten.
Dadurch wird gewährleistet, dass
der Rohrstutzen ausschließlich
in definierten Positionen relativ zum Kühlmittelkasten einsetzbar oder
entnehmbar ist, so dass eine fehlerhafte Montage vermieden werden
kann.
-
In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die kühlmittelkastenseitigen Codierungen
durch Radialstegabschnitte und die rohrstutzenseitigen Codierungen
durch korrespondierende Nutabschnitte in einer Ringschulter des
Rohrstutzens gebildet, und die Radialstegabschnitte übergreifen
in den Schließstufen
des Rohrstutzens die Ringschulter formschlüssig. Dadurch wird eine zusätzliche
Axialsicherung für
den Rohrstutzen erzielt, falls durch hohen Überdruck im Kühlmittelkasten
der Rohrstutzen gelöst
wird. Verletzungsgefahren können
somit reduziert werden.
-
Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie
aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung, das anhand der Zeichnungen dargestellt ist.
-
1 zeigt
in einer Explosionsdarstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers,
-
2 den
Wärmeübertrager
nach 1 im montierten Zustand, wobei einem oberen Kühlmittelkasten
zusätzlich
ein Ausgleichsbehälter
zugeordnet ist,
-
3 in
perspektivischer Darstellung einen Teil eines unteren Kühlmittelkastens,
der mit einem Kanalbereich zur Aufnahme eines Rohrstutzens versehen
ist,
-
4 eine
Draufsicht auf das Innere des unteren Kühlmittelkastens nach 3 und
-
5 in
vergrößerter,
perspektivischer Darstellung den in den Kanalbereich nach den 3 und 4 einsetzbaren
Rohrstutzen.
-
Ein
Wärmeübertrager
nach den 1 bis 5 ist für den Einsatz
bei einem Kraftfahrzeug, insbesondere bei einer Landmaschine in
Form eines Ackerschleppers, vorgesehen. Der Wärmeübertrager weist einen oberen
Kühlmittelkasten 1 und
einen unteren Kühlmittelkasten 3 auf,
die jeweils einstückig aus
Kunststoff hergestellt sind. Zwischen den Kühlmittelkästen 1, 3 ist
ein Rippen/Rohrblock 2 vorgesehen, wobei lediglich die
Flachrohre des Rippen/Rohrblockes 2 erkennbar sind. Die
Flachrohre münden
in grundsätzlich
bekannter Weise in Rohrböden
im Bereich ihrer gegenüberliegenden
Stirnenden, die mit den Kühlmittelkästen 1, 3 verbunden
sind. In dem Wärmeübertrager
sind mehrere Wärmeübertragungskreise
integriert, wie aus den Zeichnungen (siehe insbesondere 1 und 4)
erkennbar ist. Hierzu ist jeder Kühlmittelkasten 1, 3 in
mehrere, durch Trennwände
voneinander getrennte Kastenabschnitte unterteilt. Für den unteren
Kühlmittelkasten 3 sind
die unterschiedlichen Kastenabschnitte 3a bis 3d in 4 erkennbar.
Der Rippen/Rohrblock 2 ist in grundsätzlich bekannter Weise durch
Seitenteile begrenzt.
-
Im
unteren Kühlmittelkasten 3 ist
ein Kanalbereich 4, 4a, 4b, 4c (1, 3, 4)
einstückig integriert,
der zur Aufnahme eines Rohrstutzens 5 dient. Mittels des
Rohrstutzens 5 ist zum einen eine Befüllung der Wärmeübertragungskreise und zum anderen
ein Rücklaufanschluss
für den
unteren Kühlmittelkasten 3 verwirklicht.
Seitlich versetzt zu dem nach außen offenen Kanalbereich 4 des
Kühlmittelkastens 3 ist
ein Ablassstutzen vorgesehen, der durch eine Ablassschraube 7 verschließbar ist.
-
Der
Kanalbereich 4 weist einen nach außen offenen, rohrstutzenförmigen Aufnahmebereich 4a auf,
in den der Rohrstutzen 5 koaxial einschiebbar ist. Der
Kanalbereich 4 erstreckt sich derart schräg durch den
unteren Kühlmittelkasten 3 hindurch,
dass er alle Trennwände
zwischen den Kastenabschnitten 3a bis 3d kreuzt
und zu jedem Kastenabschnitt 3a bis 3d hin offen
gestaltet ist. Hierzu ist er in einem an den rohrförmigen Aufnahmeabschnitt 4a,
der in die Wandung des Kühlmittelkastens 3 integriert
ist, anschließenden
Abschnitt 4b rinnenförmig
gestaltet, wobei die Rinnenform ebenfalls einstückig im Kühlmittelkasten 3 integriert
ist. Ab der den Kastenabschnitt 3c von den übrigen Kastenabschnitten 3b, 3d trennenden Längstrennwand
wird der Kanalbereich durch einen Rohrabschnitt 4c gebildet,
der in fluchtender Verlängerung
des rinnenförmigen
Abschnittes 4b und des Aufnahmeabschnittes 4a die
längs und
quer verlaufenden Trennwände
zwischen den Kastenabschnitten 3a, 3b, 3d gemäß 4 schräg durchsetzt.
Der Rohrabschnitt 4c ist mit einer ersten Öffnung 11d zum
Kastenabschnitt 3d hin, mit einer zweiten Öffnung 11b zum
Kastenabschnitt 3b hin und mit einer dritten Öffnung 11a zum
Kastenabschnitt 3a hin versehen. Die Öffnungen 11a, 11b, 11d sind
jeweils im Mantelflächenbereich
des Rohrabschnittes 4c derart angeordnet, dass die Öffnungen 11a und 11d auf gleicher
Höhe, jedoch
axial zueinander versetzt und die Öffnung 11b radial
gegenüberliegend
und axial zwischen den beiden Öffnungen 11a, 11d angeordnet
sind.
-
Der
Aufnahmeabschnitt 4a ist hohlzylindrisch gestaltet, wobei
sein inneres Stirnende durch eine Stirnwand verschlossen ist, die
zur Verbindung mit dem rinnenförmigen
Abschnitt 4b einen kreisförmigen Durchtritt aufweist,
dessen Durchmesser geringfügig
größer gestaltet
ist als der Durchmesser eines zylindrischen Befüllstutzenabschnittes 13 des Rohrstutzens 5 (5).
Auf diesen hohlzylindrischen Befüllstutzenabschnitt 13 ist
gemäß 1 ein
elastischer Dichtring 6 aufschiebbar, der eine elastische Abstützung des
Rohrstutzens 5 im Aufnahmeabschnitt 4 gewährleistet.
Hierzu weist der Rohrstutzen 5 einen auf den Innendurchmesser
des Aufnahmeabschnittes 4a des Kanalbereiches 4 abgestimmte Stützrippenstruktur 14 auf,
die an ihrem inneren Stirnende durch einen scheibenringförmigen Ringflansch
begrenzt ist. Der Dichtring 6 ist zwischen diesem Ringflansch
und der Stirnwand des Aufnahmeabschnittes im montierten Zustand
des Rohrstutzens 5 positioniert und zusammengepresst, so
dass er auf den Rohrstutzen 5 eine axial nach außen gerichtete Rückstellkraft
ausübt.
-
Der
Rohrstutzen 5 stützt
sich am äußeren Stirnrand
des Aufnahmeabschnittes 4a mittels einer Ringschulter 15 ab.
Am Aufnahmeabschnitt 4a des Kühlmittelkastens 3 sind
auf zwei gegenüberliegenden
Seiten zwei von dem äußeren Stirnrand
nach außen
abragende Radialstegabschnitte 10 einstückig angeformt, die mit nach
innen ragenden Schenkeln versehen sind, die die Ringschulter 15 im
montierten Zustand des Rohrstutzens 5 formschlüssig übergreifen.
Um eine Montage des Rohrstutzens 5 ermöglichen zu können, ist
die Ringschulter 15 korrespondierend zu den Radialstegabschnitten 10 auf
gegenüberliegenden
Seiten mit jeweils einem Nutabschnitt in Form einer Radialnut 18 versehen,
wobei die Radialstegabschnitte 10 und die Radialnuten 18 aufeinander
abgestimmte Codierungen bilden, die ein Einsetzen und Entfernen
des Rohrstutzens 5 ausschließlich in definierten Winkelpositionen
gewährleisten.
-
Die
Ringschulter 15 des Rohrstutzens 5 bildet einen
zweistufigen Bajonettverschluss zusammen mit den Radialstegabschnitten 10.
Neben bajonettförmigen
Steigungsabschnitten 21 (5) ist jeder
der beiden Schließstufen
ein Anschlagnocken 19, 20, 22 zugeordnet,
wobei die ersten, niedrigeren Anschlagnocken 20 als Rückdrehsicherung
und die zweiten, höher
gestalteten Anschlagnocken 19, 22 als Endanschlag
für die
zweite Schließstufe
des Rohrstutzens 5 bzw. seines Bajonettverschlusses dienen.
Auf beiden Seiten des jeweiligen Steuerungsabschnittes 21 sind
radial verlaufende Ruheabschnitte vorgesehen, die die jeweiligen
Endpositionen der beiden Schließstufen
definieren. Die Verdrehung des Bajonettver schlusses und damit des
Rohrstutzens erfolgt zusätzlich
und durch axiale Verlagerung gegen die Federkraft des Dichtringes 6,
so dass der Federring 6 entsprechenden Spielausgleich gewährleistet.
-
Um
den beiden Schließstufen
entsprechende Befüll-,
Rücklauf- oder Verschlussfunktionen
zuzuordnen, sind in dem hohlzylindrischen Befüllstutzenabschnitt 13 insgesamt
vier Befüllöffnungen 12a bis 12d vorgesehen,
die auf die Lage der Öffnungen 11a, 11b, 11d und
des rinnenförmigen
Abschnittes 4b abgestimmt sind. In der ersten Schließstufe des Rohrstutzens 5 fluchten
somit die Befüllöffnungen 12a, 12b und 12d mit
den entsprechenden Öffnungen 11a, 11b, 11d im
Rohrabschnitt 4c des Kanalbereiches 4, so dass
eine Befüllung
der Kastenabschnitte 3a, 3b, 3d ermöglicht ist.
Zudem ist auch die Befüllöffnung 12c offen,
da der Abschnitt 4b lediglich rinnen-, nicht jedoch rohrförmig gestaltet
ist. Durch eine Verdrehung des Rohrstutzens 5 um etwa 90° wird der
Befüllstutzenabschnitt 13 so
gedreht, dass die Befüllöffnungen 12a, 12b und 12d durch
die entsprechenden Wandungsabschnitte des Rohrabschnittes 4c verschlossen
sind. Lediglich die Befüllöffnung 12c ist
auch in dieser Position weiterhin offen und kann als Rücklauföffnung dienen.
Vorzugsweise ist der Kastenabschnitt 3c Teil eines Hochtemperatur-Wärmeübertragungskreises,
so dass eine Verbindung des Rücklaufanschlusses 9 des
Ausgleichsbehälters 8 mit
dem Rohrstutzen 5 einen Rücklauf heißen Kühlmittels lediglich in den
Hochtemperatur-Wärmeübertragungskreis
ermöglicht.
Der wenigstens eine andere Wärmeübertrager
ist als Niedertemperaturkreis gestaltet.
-
Der
Rohrstutzen 5 kann auch um 180° versetzt in den Aufnahmeabschnitt 4a und
in den Kanalbereich 4 eingesetzt werden. In diesem Fall
wird in der zweiten Schließstufe
des Bajonettverschlusses die Befüllöffnung 12c nach
unten verdreht, so dass auch die Befüllöffnung 12c durch den
rinnenförmigen Abschnitt 4b des
Kastenabschnittes 3c verschlossen ist. Eine Rücklauffunktion
ist in dieser Stellung nicht gegeben. In dieser Stellung sind selbstverständlich auch
die übrigen
Befüllöffnungen 12a, 12b, 12d in analoger
Weise verschlossen.
-
Um
die relativ hohen Kräfte
zu Verdrehung des Rohrstutzens 5 aufbringen zu können, sind
axial außerhalb
der Ringschulter 15 Werkzeugangriffsflächen vorgesehen, die beim dargestellten
Ausführungsbeispiel
(5) als Sechskantabschnitt 17 gestaltet
sind. An seinem äußeren Stirnende
ist der Rohrstutzen 5 zudem mit einem Schlauchanschlussstutzen 16 versehen.
-
Der
Rohrstutzen 5 ist einschließlich aller beschriebener Abschnitte
und Teile als einstückiges Bauteil
aus Kunststoff hergestellt. Der gesamte Kanalbereich 4 einschließlich aller
beschriebenen Abschnitte 4a bis 4c ist einstückig im
Kühlmittelkasten 3 integriert,
so dass äußerst wenige
Bauteile für
die Verwirklichung der Befüll-
und Rücklauffunktion
notwendig sind.
-
Bei
nicht dargestellten Ausführungsbeispielen
der Erfindung sind die Kühlmittelkästen aus
Metallblech herstellt. Bei einer solchen Ausführung sind der rohrförmige Aufnahmeabschnitt
analog 4a und der Rohrabschnitt analog 4c vorzugsweise
als separate Bauteile gestaltet, die einstückig in die Blechkonstruktion
eingefügt
und dicht mit dieser verlötet
oder verschweißt
oder in anderer Art und Weise stoffschlüssig zusammengefügt sind.