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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Prüfstand für Verschmutzungsuntersuchungen an Wärmetauschern, bei denen ein interner Flüssigkeits- oder Gaspfad und ein externer Gaspfad wärmeübertragend gekoppelt sind, insbesondere an Fahrzeugkühlern.
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Bei schlechten Witterungsverhältnissen, wie zum Beispiel bei Schneefall, im Mäh- und Erntebetrieb oder bei stark verschmutzten Wegen, zum Beispiel bei einem Offroad-Betrieb, können Wärmetauscher von Kraftfahrzeugen, die in der Regel auch als Kühler bezeichnet werden, starken Verschmutzungen ausgesetzt sein. Die Verschmutzung des jeweiligen Wärmetauschers kann den Strömungsweg im Gaspfad beeinträchtigen, wodurch die Leistungsfähigkeit des jeweiligen Wärmetauschers betroffen ist.
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Um die Verschmutzung des Wärmetauschers zu reduzieren, können Schutzvorrichtungen zur Anwendung kommen. Beispielsweise zeigt die
DE 101 07 417 A1 eine Schutzvorrichtung zur Verhinderung äußerer Kühlerverschmutzungen, die mit einem siebähnlichen Gazeband arbeitet, das über zwei Rollen geführt ist und relativ zum Kühler bewegt wird. Gleichzeitig wird das Gazeband permanent mit einer Bürste gereinigt.
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Die Gefahr einer Verschmutzung des Wärmetauschers ist bei Nutzfahrzeugen, vor allem bei landwirtschaftlichen Maschinen, von erhöhter Bedeutung. Um Maßnahmen zum Schutz vor einer solchen Verschmutzung auf ihre Wirksamkeit hin untersuchen zu können, ist es üblich, die jeweilige Maßnahme am jeweiligen Fahrzeug im Realbetrieb zu testen. Dies ist zum einen vergleichsweise zeitaufwändig. Zum anderen kommen landwirtschaftliche Maschinen regelmäßig nur saisonal zum Einsatz, was ebenfalls die Durchführung derartiger Tests beeinträchtigt.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für die Untersuchung von Verschmutzungen an Wärmetauschern einen Weg aufzuzeigen, der die Untersuchungen vereinfacht und in einer vergleichsweise kurzen Zeit ermöglicht.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Wärmetauscherverschmutzungsprüfstand bereitzustellen, also einen Prüfstand, der für Verschmutzungsuntersuchungen an Wärmetauschern geeignet ist. Ein derartiger Prüfstand umfasst einen Strömungskanal und zumindest ein Gebläse zum Erzeugen einer Gasströmung im Strömungskanal. Ferner enthält der Prüfstand zumindest eine Prüfkammer, die durch einen Längsabschnitt des Strömungskanals gebildet ist und in der zumindest ein zu untersuchender Wärmetauscher so positioniert werden kann, dass dessen Gaspfad von der Gasströmung durchströmbar ist. Des Weiteren umfasst der hier vorgestellte Prüfstand zumindest eine Schmutzeinbringeinrichtung, mit deren Hilfe Prüfschmutz in die Gasströmung eingebracht werden kann. Durch Zusammenwirken der Schmutzeinbringeinrichtung mit dem Gebläse kann jeder schmutzrelevante Parameter wie Art und Größe der Schmutzverursacher, Abstände zum Wärmetauscher, Luftgeschwindigkeiten etc. gezielt variiert und so die entsprechenden Verschmutzungsergebnisse reproduzierbar dargestellt werden. Der Strömungskanal ist im Übrigen derart dimensioniert und konstruktiv ausgebildet, dass jede Art von Wärmetauschern dort positioniert werden kann.
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Im Betrieb des Prüfstands kann mittels der Schmutzeinbringeinrichtung Prüfschmutz in die mit Hilfe des Gebläses erzeugte Gasströmung eingebracht werden, die in der Prüfkammer auf den Wärmetauscher trifft, wobei sie dem Gaspfad des Wärmetauschers folgt. In der Prüfkammer lassen sich nun die Auswirkungen des von der Gasströmung mitgeführten Prüfschmutzes auf den Wärmetauscher einfach untersuchen. Ferner lassen sich auch ohne weiteres Schutzmaßnahmen einfach untersuchen, die eine Verunreinigung bzw. Beschädigung des Wärmetauschers durch den in der Gasströmung mitgeführten Schmutz verhindern sollen. Als Ausfluss der Prüfungsergebnisse können auch geeignete Schutzmaßnahmen beispielsweise spezielle Schutzgitter bedarfsgerecht konzipiert werden, welche dann optimal im Fahrbetrieb der Nutzfahrzeuge eingesetzt werden können.
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Bei der Anordnung des Gebläses hinter dem Wärmetauscher, also stromab des Wärmetauschers ist dieses in einem Saugmodus geschaltet. Bei der Anordnung stromauf des Wärmetauschers wird das Gebläse im Gasfördermodus, also Überdruckmodus betrieben.
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Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher der Strömungskanal als Ringkanal ausgestaltet ist, in dem die Gasströmung zirkuliert. Diese Bauweise arbeitet besonders effizient, da nur vergleichsweise wenig Energie erforderlich ist, die Gasströmung aufrechtzuerhalten. Der Ringkanal kann dabei einen kreisförmigen oder ovalen, rechteckigen oder elliptischen Ring aufweisen.
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Optional kann der Prüfstand mit einer Nebeleinbringeinrichtung ausgestattet sein, mit deren Hilfe Nebel in die Gasströmung eingebracht werden kann. Mit Hilfe von Nebel in der Gasströmung kann die Gasströmung visualisiert werden, wodurch es insbesondere möglich ist, die vom jeweiligen Wärmetauscher oder von der jeweiligen Schutzeinrichtung verursachte Strömungsveränderung zu beobachten. Der Nebel kann dabei mit Hilfe von flüssigen und/oder festen Schwebteilchen erzeugt werden.
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Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird ebenfalls durch die Verwendung eines derartigen Prüfstands für Verschmutzungsuntersuchungen an Wärmetauschern, insbesondere an Fahrzeugkühlern, gelöst, bei denen ein interner Flüssigkeits- oder Gaspfad und ein externer Gaspfad wärmeübertragend gekoppelt sind.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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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.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Die einzige 1 zeigt eine stark vereinfachte schaltplanartige Prinzipdarstellung eines Prüfstands.
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Entsprechend 1 umfasst ein Prüfstand 1 einen Strömungskanal 2, zumindest ein Gebläse 3, wenigstens eine Prüfkammer 4 und zumindest eine Schmutzeinbringeinrichtung 5. Im Beispiel ist außerdem zumindest eine Nebeleinbringeinrichtung 6 vorgesehen.
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Die Prüfkammer 4 ist so konzipiert, dass darin zumindest ein Wärmetauscher 7 angeordnet werden kann. Im Beispiel sind zwei Wärmetauscher 7 hintereinander in der Prüfkammer 4 angeordnet. Dementsprechend eignet sich der hier vorgestellte Prüfstand 1 für Verschmutzungsuntersuchungen an Wärmetauschern 7, bei denen es sich insbesondere um Fahrzeugkühler handeln kann. Dementsprechend handelt es sich beim Prüfstand 1 zweckmäßig um einen Wärmetauscherverschmutzungsprüfstand.
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Die Wärmetauscher 7, die im Prüfstand 1 getestet bzw. untersucht werden sollen, charakterisieren sich dadurch, dass sie einen internen Flüssigkeits- oder Gaspfad und einen externen Gaspfad beinhalten, die wärmeübertragend miteinander gekoppelt sind. Dies entspricht bei Fahrzeugen der üblichen Kühlerbauweise, bei denen der jeweilige Kühler einerseits entlang des Gaspfads von einer Luftströmung durchströmt wird, während er andererseits entlang des internen Pfads von einer zu kühlenden Flüssigkeit oder eines zu kühlenden Gases durchströmt wird.
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Das Gebläse 3 dient zur Erzeugung einer Gasströmung 8 im Strömungskanal 2. Das Gebläse 3 kann dabei als stromab der Prüfkammer 4 angeordnetes Sauggebläse konfiguriert sein, um die hier im Uhrzeigersinn orientierte Gasströmung 8 zu erzeugen. Ebenso kann das Gebläse 3 als stromauf der Prüfkammer 4 angeordnetes Druckgebläse konzipiert sein, um eine im Gegenuhrzeigersinn strömende Gasströmung 8' zu erzeugen.
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Die Prüfkammer 4 ist durch einen Längsabschnitt 9 des Strömungskanals 2 gebildet. Dies hat zur Folge, dass die Prüfkammer 4 eingangsseitig und ausgangsseitig offen ist und offen in den übrigen Strömungskanal 2 übergeht. Die Prüfkammer 4 ist ferner so ausgestaltet, dass der jeweilige zu untersuchende Wärmetauscher 7 darin so positioniert werden kann, dass dessen Gaspfad von der Gasströmung 8 durchströmbar ist. Ferner ist die Prüfkammer 4 zweckmäßig so ausgestaltet, dass zumindest eine Schutzeinrichtung 10 darin positioniert werden kann, mit deren Hilfe eine Verschmutzung des jeweiligen Wärmetauschers 7 reduziert bzw. verhindert werden soll. Im Beispiel sind rein exemplarisch zwei derartige Schutzeinrichtungen 10 angedeutet. Für die Positionierung der Wärmetauscher 7 bzw. der Schutzeinrichtungen 10 in der Prüfkammer 4 kann diese mit entsprechenden Halteeinrichtungen 11 ausgestattet sein. Zweckmäßig sind diese Halteeinrichtungen 11 variierbar, um unterschiedliche Wärmetauscher 7 bzw. Schutzeinrichtungen 10 im Prüfkanal 4 montieren zu können.
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Mit Hilfe der Schmutzeinbringeinrichtung 5 kann über eine fensterartige verschließbare Öffnung in einer Kanalwand 14 Prüfschmutz 12 in die Gasströmung 8 eingebracht werden. Als Prüfschmutz 12 werden zweckmäßig solche Verunreinigungen verwendet, die auch im realen Betrieb zur Verschmutzung des jeweiligen Wärmetauschers 7 führen können.
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Mit Hilfe der Nebeleinbringeinrichtung 6 kann bei Bedarf Nebel 13 in die Gasströmung 8 eingebracht werden. Beim Nebel 13 handelt es sich bevorzugt um nicht transparente flüssige und/oder feste Schwebteilchen. Der in der Gasströmung 8 mitgeführte Nebel 13 ermöglicht eine Visualisierung der Gasströmung 8, wodurch Strömungseffekte untersucht werden können.
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Die Schmutzeinbringeinrichtung 5 ist im gezeigten Beispiel seitlich an der Kanalwand 14 angeordnet. Auch die Nebeleinbringeinrichtung 6 ist seitlich an der Kanalwand 14 angeordnet. Sowohl die Schmutzeinbringeinrichtung 5 als auch die Nebeleinbringeinrichtung 6 sind im Beispiel diametral gegenüber der Prüfkammer 4 angeordnet.
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Der Strömungskanal 2 ist zweckmäßig als Ringkanal ausgestaltet, indem die Gasströmung 8 zirkuliert. Im Beispiel ist der Ringkanal oval konfiguriert. Ebenso ist eine elliptische, rechteckige oder eine kreisförmige Ausgestaltung mit entsprechenden Gasleitvorrichtungen für den Ringkanal möglicht. Bemerkenswert ist, dass der Ringkanal 2 hier zwei diametral gegenüberliegende geradlinige Abschnitte 15 besitzt, die über zwei diametral gegenüberliegende gebogene Abschnitte 16 miteinander verbunden sind. In den gebogenen Abschnitten 16 nimmt der durchströmbare Querschnitt des Strömungskanals 2 in der Strömungsrichtung zunächst zu und dann wieder ab. Hierdurch kann der Strömungswiderstand bei der Umlenkung der Gasströmung 8 reduziert werden.
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Die Prüfkammer 4 ist in einem der geradlinigen Abschnitte 15 angeordnet. Insbesondere ist der Längsabschnitt 9, der die Prüfkammer 4 bildet, geradlinig ausgestaltet.
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Die Prüfkammer 4 kann in der Kanalwand 14 ein Sichtfenster enthalten, durch das eine visuelle Kontrolle der Verschmutzung bzw. der Gasströmung 8 innerhalb der Prüfkammer 4 möglich ist. So kann der jeweilige Stand der Verschmutzung mit bloßem Auge beobachtet werden. Es ist auch möglich mittels einer am Sichtfenster angebrachten Kamera, den fortschreitenden Verschmutzungsvorgang filmisch aufzunehmen, was eine Auswertung der Verschmutzungsergebnisse erheblich erleichtert bzw. dynamische Effekte bei der Verschmutzung erst erkennbar macht. Bei Bedarf ist es möglich, den Verschmutzungsvorgang zu unterbrechen, wenn das Verschmutzungsergebnis absehbar ist, damit beispielsweise zeitsparend neue Vorkehrungen und/oder andere Wärmetauscher getestet werden können.
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Der Strömungskanal 2 kann grundsätzlich einen beliebigen Strömungsquerschnitt besitzen. Für die in der Regel rechteckigen Wärmetauscher 7 empfiehlt sich ein rechteckiger Querschnitt für den Strömungskanal 2. Grundsätzlich sind jedoch auch runde, insbesondere kreisförmige Querschnitte denkbar.
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Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Prüfkammer 4 Anschlüsse aufweisen, über welche der jeweilige Flüssigkeits- oder Gaspfad des darin eingesetzten Wärmetauschers 7 an einen Kreislauf des Prüfstands 1 anschließbar ist. Hierdurch ist es insbesondere möglich, die Auswirkungen der Verschmutzung auf die Wärmeübertragung und somit letztlich auf die Kühlleistung des Wärmetauschers 7 zu untersuchen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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