DE102009012024A1 - Ladeluftkühler zur Anordnung in einem Saugrohr - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Ladeluftkühler zur Anordnung in einem Saugrohr (7), umfassend eine Mehrzahl von kühlmitteldurchströmten Kanälen (1), die einen von Ladeluft umströmbaren Kühlerblock ausbilden, wobei der Kühlerblock mit einem Bodenglied (5) verbunden ist und wobei ein Sammler (2) zumindest einen Kühlmittelanschluss (3) aufweist, wobei der Ladeluftkühler mittels eines Flanschglieds (6) in einer Öffnung des Saugrohrs (7) festlegbar ist, wobei das Flanschglied (6) und das Bodenglied (5) als separate Bauteile ausgebildet sind.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Ladeluftkühler zur Anordnung in einem Saugrohr nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Es ist bekannt, Ladeluftkühler als indirekte Kühler auszubilden, so dass die Wärme von einem flüssigen Kühlmittel abgeführt wird. Solche Ladeluftkühler können insbesondere als integrierte Einheit mit einem Saugrohr eines Verbrennungsmotors ausgebildet sein.
- Dabei ist es bekannt, einen Boden eines Ladeluftkühlers in Rohrbündel-Bauweise zugleich als Befestigungsplatte zur Festlegung am Rand einer Saugrohröffnung auszubilden.
- Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Ladeluftkühler zur Anordnung in einem Saugrohr anzugeben, der auf einfache Weise und zuverlässig dichtend mit dem Saugrohr verbunden ist.
- Diese Aufgabe wird für einen eingangs genannten Ladeluftkühler erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die separate Ausbildung von Flanschglied und Bodenglied kann eine bessere Toleranz gegenüber Vibrationen erzielt werden. Zudem wird eine größere Flexibilität bezüglich Formgebung und Materialpaarungen von Saugrohr und/oder Flanschglied erzielt. Je nach Detailgestaltung kann ein weiterer Vorteil der Erfindung auch darin liegen, dass die Verbindung zwischen Saugrohr und Flanschglied nicht durch etwaige Flussmittelreste oder ähnliche Verschmutzungen aus einer Verlötung des Kühlerblocks beeinträchtigt wird.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das Bodenglied aus Aluminium, wobei die Kanäle als mit dem Bodenglied verlötete Flachrohre ausgebildet sind. Bei einer solchen Ausführungsform wird die Verbindungsstelle der Flachrohre am Bodenglied durch die erfindungsgemäße Lösung in besonderem Maße von Vibrationen und mechanischen Spannungen entlastet.
- Bei einer kostengünstigen und einfachen Ausführungsform besteht das Flanschglied aus einem Kunststoff. In bevorzugter einfacher Bauweise kann dabei zwischen Bodenglied und Flanschglied eine Dichtung, bevorzugt eine O-Ring-Dichtung, vorgesehen sein. Alternativ oder ergänzend kann aber auch eine Dichtung zwischen Bodenglied und Saugrohr vorgesehen sein.
- Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet das Flanschglied einen Teil des Sammlers aus, beispielsweise einen Sammlerkasten. Insbesondere kann das Flanschglied dabei sowohl eine Trennwand zwischen Außenraum und Ladeluft als auch zwischen Kühlmittel und Ladeluft bzw. Außenluft ausbilden. Das Flanschglied kann zum Beispiel als Kunststoff-Formteil ausgebildet sein, wodurch es auf einfache und kostengünstige Weise zur Erfüllung dieser Funktionen ausformbar ist. Bevorzugt kann es auch eine Trennwand des Sammlers umfassen. Ebenso kann auf einfache und kostengünstige Weise der Kühlmittelanschluss an dem Flanschglied ausgebildet sein, zum Beispiel in Form von materialeinheitlicheinstückigen Kunststoffstutzen. Bei einer besonders bevorzugten Detailgestaltung hat das Bodenglied eine Bördelung, insbesondere Wellschlitz-Bördelung, zur Verbindung mit dem Flanschglied. Durch diese oder andere Maßnahmen kann eine einfache Montage, etwa durch Verrastung von Bodenglied und Flanschglied bzw. Sammlerkasten, erreicht werden.
- Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Flanschglied den Sammler übergreift, wobei das Flanschglied eine Trennwand zwischen der Ladeluft und einem Außenraum ausbildet. Insbesondere kann dabei eine Dichtung, zum Beispiel O-Ring-Dichtung, zwischen Sammler und Flanschglied vorgesehen sein. Insbesondere bei einer solchen Anordnung kann der Kühlerblock nicht nur als Rohrkühler, sondern alternativ auch als Stapelscheiben-Kühler ausgebildet sein. Unter einem Sammler kann dann ein durch überdeckende Öffnungen der Scheiben gebildeter Kanal verstanden werden, wobei eine obere Deckplatte des Stapels ein Bodenglied darstellt.
- Bei einer möglichen Ausführungsform der Erfindung ist der Sammler zusammen mit dem Bodenglied vollständig als verlötete Einheit aus Aluminium-Bauteilen ausgebildet. Eine solche Lösung ist besonders sicher und dauerhaft kühlmitteldicht und kostengünstig herstellbar.
- Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Flanschglied stoffschlüssig, bevorzugt mittels Verklebung und/oder Verschweißung, besonders bevorzugt Reibverschweißung, mit dem Saugrohr verbindbar. Neben der sicheren und dauerhaften Festlegung kann die Zahl der erforderlichen Dichtungen bei einer solchen Gestaltung minimiert werden. Alternativ oder ergänzend kann je nach Anforderungen aber auch eine Verschraubung, Vernietung oder sonstige Festlegung des Flanschglieds an dem Saugrohr erfolgen.
- Besonders vorteilhaft ist das Flanschglied über eine im Wesentlichen kreisringförmige Fläche mit dem Saugrohr verbunden, bevorzugt mittels Reibverschweißung. Bei kreisförmiger Verbindungsstelle ist eine Reibverschweißung einfach, kostengünstig und sicher über eine hochdynamische Vibrationsbewegung in Kreisrichtung erzeugbar.
- Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
- Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ladeluftkühlers nach dem Stand der Technik. -
2 zeigt eine räumliche Darstellung eines ersten Beispiels eines erfindungsgemäßen Ladeluftkühlers. -
3 zeigt eine Schnittansicht des Ladeluftkühlers aus2 . -
4a und4b zeigen zwei Explosionszeichnungen des Ladeluftkühlers aus2 aus verschiedenen Perspektiven. -
5 zeigt eine schematische Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ladeluftkühlers. -
6 zeigt eine Schnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ladeluftkühlers. -
7 zeigt eine räumliche Ansicht des Ladeluftkühlers aus6 . -
8 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein viertes Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ladeluftkühlers. - Der In
1 gezeigte Ladeluftkühler nach dem Stand der Technik umfasst einen aus einem Bündel von Flachrohren1 mit dazwischen angeordneten Rippen1a ausgebildeten Kühlerblock. Die Flachrohre1 bilden Kanäle für ein flüssiges Kühlmittel, das über einen Sammler2 mit Kühlmittelanschlüssen3 auf die Kanäle1 verteilt wird. Am anderen Ende der Kanäle1 wird das Kühlmittel in einem zweiten Sammler4 umgelenkt, so dass der Ladeluftkühler nach Art eines U-flow-Kühlers ausgebildet ist. Die Kanäle bzw. Flachrohre1 münden in ein vorliegend plattenförmiges Bodenglied5 des Sammlers2 , das sich randseitig über den Kühlerblock hinaus erstreckt und mit Montagebohrungen5a zur Festlegung an einer Einschuböffnung in einem Saugrohr (in1 nicht dargestellt) ausgestattet ist. Das Bodenglied2 des vorbekannten indirekten Ladeluftkühlers bildet daher zugleich ein Flanschglied zur Festlegung an dem Saugrohr aus. - Der in
2 bis4b gezeigte, erfindungsgemäße Ladeluftkühler umfasst einen zweireihigen Stapel von Flachrohren1 , zwischen denen Rippen1a flächig verlötet sind. Die Ladeluft L umströmt die Flachrohre bzw. Kanäle1 und Rippen, wobei die Kanäle1 ihrerseits zur Abführung der Wärme von flüssigem Kühlmittel, zum Beispiel eines Niedertemperatur-Kühlkreislaufs, durchströmt werden. - Die Flachrohre
1 bilden insgesamt einen Kühlerblock aus und münden mit jedem ihrer Enden jeweils in einem Bodenglied5 , das als Aluminium-Blechformteil ausgebildet ist. Die beiden endseitigen Bodenglieder5 , die Flachrohre1 und die Rippen werden nach einer mechanischen Vormontage in einem Lötofen miteinander verlötet. Insbesondere können die Bodenglieder5 zur weiteren Vereinfachung und Kostenreduzierung als Gleichteile ausgebildet sein. - Das erste der Bodenglieder
5 ist Teil eines ersten, anschlussseitigen Sammlers2 des Ladeluftkühlers. Der Sammler2 wird aus dem Bodenglied5 und einem Kunststoff-Spritzgussteil6 ausgebildet, welches zugleich ein Sammlerkasten als auch ein Flanschglied zur gasdichten Festlegung des Ladeluft kühlers an einer Öffnung eines Saugrohrs7 (siehe Schnittansicht3 ) ausbildet. - Das Flanschglied
6 hat einen umlaufenden Kragen8 , der mit einer Bördelung9 , vorliegend einer Wellschlitz-Bördelung, des Bodenglieds5 zusammenwirkt. Hierzu ist zwischen Kragen8 und Bodenglied5 eine O-Ring-Dichtung eingelegt, wonach das Flanschglied6 mit seinem Kragen8 kühlmitteldicht auf das Bodenglied9 aufgesetzt wird. Durch Verformung der Wellschlitz-Bördelung9 wird dann eine feste Verbindung von Bodenglied5 und Flanschglied bzw. Sammlerkasten6 hergestellt. Alternativ oder ergänzend kann dies auch durch Verrastung, Verklebung oder andere Befestigungsmaßnahmen erfolgen. - Seitlich des Kragens
8 des Flanschglieds6 erstreckt sich eine umlaufende Flanschfläche10 mit Schraublöchern10a , mittels derer eine gasdichte Befestigung des Flanschglieds6 an einem Rand der Saugrohröffnung erfolgt. Hierzu kann eine weitere Nut zur Einlegung einer O-Ring-Dichtung in der Flanschfläche10 und/oder an der Saugrohröffnung vorgesehen sein. - Weiterhin sind zwei stutzenartige Kühlmittelanschlüsse
3 einstückig an dem Flanschglied6 ausgeformt. Zur Verteilung der Kühlmittelströme auf hinführende und rückführende Kanäle1 ist zwischen den Kühlmittelanschlüssen3 zudem eine Trennwand12 vorgesehen, die ebenfalls materialeinheitlich einstückig an dem Flanschglied6 ausgeformt ist. - An der gegenüberliegenden Seite der Flachrohre
1 ist das zweite Bodenglied5 auf analoge Weise mit einem zweiten Sammlerkasten13 verbunden. Dieser bildet einen Hohlraum über den Rohrenden, so dass der Kühlmittelstrom aus den hinführenden Flachrohren1 um 180° in die rückführenden Flachrohre1 umgelenkt wird. - Zweckmäßig ist der Kühlerblock auch auf der Seite des zweiten Sammlers
4 gegenüber dem Saugrohr abgestützt, etwa durch einen Halterung des zweiten Sammlerkastens13 in einem elastischen Material (nicht dargestellt). -
5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel eine andere Art der Abdichtung gewählt wurde. - Auch bei diesem Beispiel ist ein Flanschglied
6 zugleich als Sammlerkasten aus Kunststoff mit einer Trennwand12 ausgebildet. Vorliegend ist jedoch zwischen einem plattenförmigen, seitlich überstehenden Bodenglied5 und dem äußeren Rand der Öffnung im Saugrohr7 eine O-Ring-Dichtung11 vorgesehen, welche eine Abdichtung zwischen Kühlmittel und Ladeluft bewirkt. - Das Flanschglied
6 ist abstützend und die Dichtung andrückend auf das Bodenglied5 aufgesetzt, wobei ein Rand14 des Flanschglieds mit einem korrespondierenden, die Öffnung des Saugrohrs7 umlaufenden Rand15 durchgängig stoffschlüssig verbunden ist. Die Verbindung erfolgt vorliegend durch Verschweißung des Kunststoffmaterials von Saugrohr7 und Flanschglied6 , zum Beispiel durch Reibschweißen oder Ultraschallschweißen. Alternativ oder ergänzend kann auch eine Verklebung erfolgen. Zur besseren Positionierung und Festlegung haben die korrespondierenden Ränder zudem ineinander greifende Abstufungen. -
6 und7 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Unterschied zu den vorhergehenden Beispielen ist das Flanschglied6 hier nicht zugleich als Sammlerkasten ausgeformt. Die Sammlerkästen sind vielmehr einheitlich mit den Bodengliedern5 aus Aluminium ausgeformt und werden zusammen mit den Flachrohren1 und den Kühlmittelanschlüssen3 in einem Lötofen verlötet. - Die so entstehende Aluminium-Baueinheit aus Kühlerblock
1 und Sammlern2 ,4 (siehe7 ) ist mittels eines aus Kunststoff bestehenden Flanschglieds6 in dem Saugrohr7 gehalten (siehe6 ). Das Flanschglied6 ist mit dem Saugrohr7 vorliegend unter Verwendung einer Dichtung21 verschraubt, kann aber auch verklebt oder verschweißt sein. - Das Flanschglied
6 übergreift den Sammler2 des Ladeluftkühlers, wobei die Kühlmittelanschlüsse3 des Sammlers Ausnehmungen im Flanschglied6 durchgreifen. Dabei sorgen O-Ring-Dichtungen17 zwischen Sammler2 und Flanschglied6 für eine gasdichte Trennung von Ladeluft und Außenraum. Das Flanschglied6 bildet daher eine gasdichte Trennwand zwischen Ladeluft und Außenraum. - Am gegenüberliegenden Ende des Ladeluftkühlers ist dieser mit einem zweiten Sammler
4 , in dem das Kühlmittel umgelenkt wird, gegenüber einer Innenwand des Saugrohrs7 abgestützt, wobei zur besseren Dämpfung von Vibrationen eine elastische Einlage18 zwischen Sammler4 und Saugrohrwand vorgesehen ist. - Es versteht sich, dass bei dem Ausführungsbeispiel nach
6 und7 eine grundsätzlich beliebige Bauform des Ladeluftkühlers vorliegen kann, ohne das erfindungemäße Prinzip der dichtenden Festlegung in dem Saugrohr zu verlassen. Zum Beispiel kann der Ladeluftkühler auch als Stapelscheiben-Kühler ausgeformt sein (nicht dargestellt). Bei einer solchen Bauform sind andere Strukturen des Ladeluftkühlers mit Sammler und Bodenglied zu identifizieren. Unter einem Sammler kann dann ein durch überdeckende Öffnungen der Scheiben gebildeter Kanal verstanden werden, wobei zum Beispiel eine obere Grundplatte des Stapels ein Bodenglied darstellt. -
8 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem es sich im Wesentlichen um eine Abwandlung des dritten Ausführungsbeispiels handelt. - Auch hier ist das Flanschglied
6 als einen Sammler2 übergreifendes Kunststoff-Formteil ausgebildet, das eine von Kühlmittelanschlüssen3 durchgriffene Öffnung19 mit einem Dichtring17 aufweist. - Als Weiterentwicklung ist ein mit dem aus Kunststoff bestehenden Saugrohr verbundener Rand des Flanschglieds
6 kreisringförmig ausgeformt, so dass zunächst eine kreisringförmige Berührfläche20 vorliegt. Durch Reibverschweißung erfolgt dann einfach, sicher und kostengünstig eine stoffschlüssige Verbindung von Flanschglied6 und Saugrohr7 . Durch die kreisringförmige Ausgestaltung der Fläche2 kann die Reibverschweißung besonders günstig mittels dynamischer Oszillationen bzw. Drehschwingungen um einen Kreismittelpunkt, (Richtung des Schwingungspfeils V) erfolgen. Die kreisförmige Reibverschweißung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die kreisförmige Dichtung17 weniger belastet wird. Soweit die Dichtung beim Reibschweißen auf der Kühlersammleroberfläche verdreht wird, ist sie dann unter Umständen vor Beschädigungen besser geschützt. Hier eignen sich insbesondere Dichtringe, die eine gewisse Gleitfähigkeit aufweisen. Durch eine Drehbewegung beim Reibschweißen ist dann die Gefahr, dass die Dichtung beschädigt wird, reduziert. - Es versteht sich, dass die spezifischen Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele je nach Anforderungen miteinander kombiniert werden können. Sofern die Merkmale keine besonderen Materialien erfordern, können diese beliebig sein. Das Saugrohr kann in diesem Rahmen zum Beispiel aus Kunststoff oder auch aus Aluminium bestehen.
Claims (13)
- Ladeluftkühler zur Anordnung in einem Saugrohr (
7 ), umfassend eine Mehrzahl von kühlmitteldurchströmten Kanälen (1 ), die einen von Ladeluft umströmbaren Kühlerblock ausbilden, wobei der Kühlerblock mit einem Bodenglied (5 ) verbunden ist, und wobei ein Sammler (2 ) zumindest einen Kühlmittelanschluss (3 ) aufweist, wobei der Ladeluftkühler mittels eines Flanschglieds (6 ) in einer Öffnung des Saugrohrs (7 ) festlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Flanschglied (6 ) und das Bodenglied (5 ) als separate Bauteile ausgebildet sind. - Ladeluftkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenglied (
5 ) aus Aluminium besteht, wobei die Kanäle (1 ) als mit dem Bodenglied (5 ) verlötete Flachrohre ausgebildet sind. - Ladeluftkühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Flanschglied (
6 ) aus einem Kunststoff besteht. - Ladeluftkühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Bodenglied (
5 ) und Flanschglied (6 ) eine Dichtung, insbesondere eine O-Ring-Dichtung, vorgesehen ist. - Ladeluftkühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Bodenglied (
5 ) und Saugrohr (7 ) eine Dichtung (11 ), insbesondere eine O-Ring-Dichtung, vorgesehen ist. - Ladeluftkühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flanschglied (
6 ) einen Teil des Sammlers (2 ) ausbildet. - Ladeluftkühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Flanschglied (
6 ) eine Trennwand (12 ) des Sammlers (2 ) umfasst. - Ladeluftkühler nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelanschluss (
3 ) an dem Flanschglied (6 ) ausgebildet ist. - Ladeluftkühler nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenglied (
5 ) eine Bördelung (9 ), insbesondere Weltschlitz-Bördelung, zur Verbindung mit dem Flanschglied (6 ) aufweist. - Ladeluftkühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flanschglied (
6 ) den Sammler (2 ) übergreift, wobei das Flanschglied (6 ) eine Trennwand zwischen der Ladeluft und einem Außenraum ausbildet. - Ladeluftkühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammler (
2 ) einschließlich des Bodenglieds (5 ) vollständig als verlötete Einheit aus Aluminium-Bauteilen ausgebildet ist. - Ladeluftkühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flanschglied (
6 ) stoffschlüssig, insbesondere mittels Verklebung und/oder Verschweißung, insbesondere Reibverschweißung, mit dem Saugrohr (7 ) verbindbar ist. - Ladeluftkühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flanschglied (
6 ) über eine im Wesentlichen kreisringförmige Fläche (20 ) mit dem Saugrohr (7 ) verbunden ist, insbesondere mittels Reibverschweißung.
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