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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Kühler einer Fahrzeugklimaanlage oder eines Fahrzeugkühlsystems. Eine solche Klimaanlage oder ein solches Kühlsystem wird beispielsweise bei einem PKW eingesetzt. Ferner kann eine solche Fahrzeugklimaanlage oder ein solches Kühlsystem auch bei Bussen oder LKWs zum Einsatz kommen.
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Stand der Technik
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Üblicherweise umfasst ein Kühler für eine Fahrzeugklimaanlage mehrere Rohre, die sich zwischen zwei Rohrböden erstrecken. In diesem Zusammenhang sind Kühler bekannt, bei denen die Einleitung des Kühlmittels in einen der Rohrböden erfolgt, wohingegen die Ableitung der Flüssigkeit durch den jeweils anderen Rohrboden erfolgt. Der Wärmeaustausch erfolgt während des Durchlaufs des Kühlmittels durch die Rohre.
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Ferner sind Kühler bekannt, bei denen einer der Rohrböden durch eine Abtrennung in zwei Abschnitte unterteilt ist, sodass in einem der Abschnitte dieses Rohrbodens die Zuleitung des Kühlmittels erfolgt, wohingegen im weiteren Abschnitt des entsprechenden Rohrbodens die Ableitung des Kühlmittels erfolgt. Der weitere Rohrboden einer solchen Ausführungsform dient der Umlenkung des Kühlmittels.
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Bei derartigen Kühlern kann es bei bestimmten Fahrzuständen, Witterungsumständen oder im Falle eines Defekts vorkommen, dass ein Zuleitungsventil ein erwärmtes Kühlmittel zurückhält, sodass dieses nicht den Kühler erreicht. Bei niedriger Umgebungstemperatur kühlen die Rohre des Kühlers somit ab.
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Wenn sich das Ventil hiernach zügig öffnet, strömt das erhitzte Kühlmittel in einen durch die Umgebungsbedingungen gegebenenfalls stark abgekühlten Kühler. Hierbei werden einige der Rohre mit dem erwärmten Kühlmittel gefüllt, wodurch sich diese Rohre thermisch ausdehnen. Dies führt bedingt durch den erhöhten Temperaturgradienten zu erhöhten thermischen Spannungen, insbesondere im Bereich von Verbindungsstellen zwischen den Rohren und den Rohrböden, wodurch eine Materialermüdung und somit ein Materialversagen auftreten kann. Dies führt letztlich zu einer Leckage im Bereich der Verbindungsstelle eines Rohrs und eines Rohrbodens.
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Gegenstand der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Kühler für eine Fahrzeugklimaanlage oder eines Fahrzeugkühlsystems, der eine erhöhte Lebensdauer aufweist.
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Der Gegenstand des Anspruchs 1 stellt einen entsprechenden Kühler bereit. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt und/oder in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
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Insbesondere wird ein Kühler einer Fahrzeugklimaanlage oder eines Fahrzeugkühlsystems mit mehreren Rohren zwischen zwei Rohrböden bereitgestellt. Der Kühler zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen zumindest zwei benachbarten Rohren eine in Axialrichtung der Rohre wirkende Verstärkung vorgesehen ist. Dies hat den Vorteil, dass mit der derart bereitgestellten Verstärkung einer thermischen Expansion entgegengewirkt wird. Somit kann einer Materialermüdung, insbesondere im Bereich der Verbindungsstellen zwischen Rohren und einem Rohrboden, entgegengewirkt und folglich die Lebensdauer des Kühlers verlängert werden.
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In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass zumindest eine Verstärkung in einer Richtung betrachtet, in der die Rohre neben- oder übereinander angeordnet sind, außerhalb der Rohre angeordnet ist. Dieses Vorgehen ermöglicht eine vergleichsweise kostengünstige Fertigung des Kühlers.
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Ferner kann es vorgesehen sein, dass die Verstärkung durch ein Verstärkungsgitter gebildet wird, das insbesondere gestanzt wird. Somit kann eine zweckdienliche und kostengünstige Lösung bereitgestellt werden.
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Zumindest eine Verstärkung kann, in einer Richtung betrachtet, in der die Rohre neben- oder übereinander angeordnet sind, innerhalb der Projektion der Rohre vorgesehen sein. Diese Anordnung verringert die Tiefe eines solchen Kühlers und stellt eine besonders langlebige Konstruktion bereit.
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Es kann im Rahmen einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Verstärkung zumindest abschnittsweise durch einen offenporigen Metallschaum gebildet wird. Ein solcher Metallschaum kann nach der Montage der Rohre an den Rohrböden zwischen den Rohren des Kühlers appliziert werden, wobei bevorzugt ist, dass der Metallschaum nach Montage der Rohre und der Rohrböden in die Bereiche zwischen den Rohren eingespritzt wird. Es hat sich gezeigt, dass mit einem Metallschaum eine erhöhte Steifigkeit gezielt eingebracht werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass zumindest eine Verstärkung durch Rippen oder Finnen gebildet wird, die eine höhere Festigkeit aufweisen, als andere, zwischen benachbarten Rohren vorgesehene Rippen oder Finnen. Diese Maßnahme lässt sich besonders vorteilhaft in den Montageablauf zur Fertigung des Kühlers integrieren.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Verstärkung ausschließlich am Einlass der Rohre von einem Rohrboden, und gegebenenfalls bevorzugt an einer Abgrenzung zu einem Auslass der Rohre zu demselben Rohrboden, vorgesehen sein. Somit wird eine ressourcensparende und zielgerichtete Konstruktion umgesetzt.
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In einer Ausführungsform ist es vorgesehen, dass sich benachbarte Verstärkungen im Hinblick auf die axiale Erstreckung unterscheiden. Beispielsweise kann eine der Verstärkungen in axialer Richtung der benachbarten Rohre des Kühlers länger ausgebildet sein als die andere Verstärkung. Bei drei oder mehr Verstärkungen können ein oder mehrere, in axialer Erstreckung gleich oder im Wesentlichen gleich lange Verstärkungen vorgesehen sein, oder alle Verstärkungen unterscheiden sich in ihrer Länge.
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Die Verstärkung kann angelötet sein, sodass diese entsprechend an einem Rohr oder mehreren Rohren des Kühlers befestigt ist.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass zumindest eine Verstärkung aus Aluminium ausgeführt ist, wodurch eine gewichtsoptimierte Lösung ermöglicht wird.
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Ferner kann die Erfindung auf die Verwendung eines Kühlers gemäß einer der genannten Ausführungsformen bei einem Fahrzeug, insbesondere einem PKW, gerichtet sein.
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Figurenliste
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- 1 zeigt anhand einer schematischen Darstellung eine erste Ausführungsform gemäß der Erfindung.
- 2 zeigt anhand einer schematischen Darstellung eine zweite Ausführungsform der Erfindung.
- 3a zeigt eine schematische Ansicht eines Kühlers mit mehreren Verstärkungen gemäß einer ersten Variante der Erfindung, sowie eine Detailansicht einer der zwischen Rohren vorgesehenen Verstärkung.
- 3b zeigt eine Detailansicht einer Verstärkung zwischen benachbarten Rohren gemäß einer zweiten Variante der Erfindung.
- 4 zeigt eine Detailansicht eines Kühlers mit einer Verstärkung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Nachfolgend werden anhand der beigefügten Figuren bevorzugte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung beschrieben, um die Erfindung anschaulich zu erläutern. Die beschriebenen Ausführungsformen und Varianten können jeweils miteinander kombiniert werden. Ferner können weitere Modifikationen mit jeder der beschriebenen Ausführungsformen und Varianten zum Einsatz kommen, um weitere Ausführungsformen der Erfindung auszubilden. Obwohl die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen rein beispielhaft zu verstehen sind, können einzelne Merkmale der Ausführungsformen oder Varianten zur Kennzeichnung der Erfindung herangezogen werden.
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1 zeigt einen Kühler 10, der einen ersten Rohrboden 14 sowie einen zweiten Rohrboden 16 umfasst. Am ersten Rohrboden 14 ist ein Einlass 14a, durch den ein Kühlmittel in den Kühler 10 gelangt. Der zweite Rohrboden 16 umfasst einen Auslass 16a, durch den das Kühlmittel vom Kühler 10 abgeleitet wird. Zwischen dem ersten Rohrboden 14 und dem zweiten Rohrboden 16 erstrecken sich mehrere Rohre 12, durch die die Kühlflüssigkeit vom ersten Rohrboden 14 zum zweiten Rohrboden 16 strömen kann. Die Rohre 12 sind beabstandet zu einander angeordnet. Zwischen den Rohren 12 sind Kühlrippen 13 angeordnet, um den Wärmeaustausch mit der Umgebung zu verbessern.
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Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Kühlers 10 handelt es sich um einen sogenannten I-Kühler, bei dem sich der Einlass 14a an einem Endabschnitt des ersten Rohrbodens 14 befindet, wohingegen der Auslass 16a an einem in entgegengesetzter Richtung vorgesehen Endabschnitt des zweiten Rohrbodens 16 angeordnet ist. Bei einem solchen I-Kühler strömt somit das Kühlmittel durch eines der Rohre und durch einen weiteren Abschnitt eines der Rohrböden, bevor das Kühlmittel den Auslass 16a erreicht.
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Zwischen den Rohren 12, die sich nahe zum Einlass 14a befinden, ist benachbart zum ersten Rohrboden 14 eine erste Verstärkung 18a und eine zweite Verstärkung 18b anstelle von Kühlrippen vorgesehen. Alternativ können die Verstärkungen auch zusätzlich zu den Kühlrippen 13 an den jeweiligen Rohren 12 angebracht sein. Die Verstärkungen 18a, 18b befinden sich, in einer Richtung betrachtet, in der die Rohre neben- oder übereinander angeordnet sind, innerhalb der Projektion der Rohre 12.
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Gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform erstreckt sich die zweite Verstärkung 18b in axialer Richtung der benachbarten Rohre 12 weiter in Richtung des zweiten Rohrbodens 16 als die erste Verstärkung 18a. Mit anderen Worten ist die zweite Verstärkung 18b länger ausgebildet als die erste Verstärkung 18a.
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Gemäß einer ersten Modifikation der ersten Ausführungsform kann es auch vorgesehen sein, dass lediglich die erste Verstärkung 18a zwischen zwei Rohren 12 angeordnet ist.
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Gemäß einer zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform kann die erste Verstärkung 18a die gleiche oder die im Wesentlichen gleiche Länge wie die zweite Verstärkung 18b aufweisen.
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Gemäß einer dritten Modifikation des in 1 dargestellten Kühlers 10 kann der Einlass 14a, in Axialrichtung des ersten Rohrbodens 14 betrachtet, mittig angeordnet sein. Ferner kann auch der Auslass 16a, in Axialrichtung des zweiten Rohrbodens 16 betrachtet, mittig angeordnet sein.
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Die erste Ausführungsform sowie die zuvor beschriebenen Modifikationen der ersten Ausführungsform zeichnen sich dadurch aus, dass zwischen zumindest zwei benachbarten Rohren eine in Axialrichtung der Rohre 12 wirkende Verstärkung 18a, 18b vorgesehen ist. Auf diese Weise kann eine durch einen hohen Temperaturgradienten verursachte thermische Expansion der jeweiligen Rohrendabschnitte verringert werden, sodass auch die im Übergangsbereich zwischen den Rohren 12 und den ersten Rohrboden 14 wirkenden mechanischen Spannungen verringert werden können. Ein solches Phänomen kann insbesondere in einem zum Einlass benachbarten Bereich auftreten.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Kühlers 10'. Der Kühler 10' umfasst mehrere Rohre 12', die sich zwischen einem ersten Rohrboden 14' und einem zweiten Rohrboden 16' erstrecken.
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Im Unterschied zum Kühler 10 der ersten Ausführungsform befindet sich im Bereich des ersten Rohrbodens 14' nicht nur ein Einlass 14a', sondern auch ein Auslass 14b'. Der Auslass 14b' ist am entgegengesetzten Ende zum Einlass 14a' am ersten Rohrboden 14' vorgesehen. Ferner ist der erste Rohrboden 14' durch eine Abgrenzung 20 in einen einlassseitigen Abschnitt 21 und einen auslassseitigen Abschnitt 22 unterteilt. Somit strömt ein durch den Einlass 14a' eingeführtes Kühlmittel durch die Rohre 12', wird im Bereich des zweiten Rohrbodens 16' umgelenkt und gelangt in den auslassseitigen Abschnitt 22 des ersten Rohrbodens 14', in dessen Bereich sich der Auslass 14b' befindet.
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Ähnlich wie in der ersten Ausführungsform sind zwischen den Rohren 12' Kühlrippen 13' vorgesehen.
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Im Bereich der Rohre 12', die, in der Seitenansicht betrachtet, benachbart zur Abgrenzung 20 des ersten Rohrbodens 14' vorgesehen sind, sind mehrere Verstärkungen 18c, 18d, 18e angeordnet, die sich in Axialrichtung der Rohre 12 erstrecken. Die Verstärkungen 18c, 18d, 18e sind anstelle der Kühlrippen 13' zwischen den genannten Rohren 12' angeordnet. Alternativ können die Verstärkungen 18c, 18d, 18e auch zusätzlich zu den Kühlrippen 13' an den Rohren 12' angebracht sein.
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Eine erste Verstärkung 18c weist im Wesentlichen die gleiche Länge auf, wie eine dritte Verstärkung 18e. Eine zwischen der ersten Verstärkung 18c und der dritten Verstärkung 18e angeordnete zweite Verstärkung 18d hat gemäß der zweiten Ausführungsform in Axialrichtung der benachbarten Rohre 12' eine größere Länge als die erste Verstärkung 18c und die dritte Verstärkung 18e.
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Gemäß einer ersten Modifikation der zweiten Ausführungsform können die erste Verstärkung 18c und die dritte Verstärkung 18e weggelassen werden, sodass der Kühler 10' gemäß dieser Modifikation lediglich eine Verstärkung 18d aufweist.
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Gemäß einer zweiten Modifikation der zweiten Ausführungsform haben die Verstärkungen 18c-18e in Axialrichtung der benachbarten Rohre 12' im Wesentlichen die gleiche Länge.
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Gemäß einer dritten Modifikation der zweiten Ausführungsform sind in einem Bereich benachbart zum einlassseitigen Abschnitt 21 des ersten Rohrbodens, in dem sich der Einlass 14a' für das Kühlmittel befindet, zwischen allen Rohren 12 Verstärkungen vorgesehen.
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In den 3a und 3b werden Varianten der Verstärkungen gezeigt, wie diese in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen sowie den weiteren Modifikationen der jeweiligen Ausführungsformen zum Einsatz kommen können.
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Die Verstärkungen in den 3a, 3b sind in einer Richtung betrachtet, in der die Rohre neben- oder übereinander angeordnet sind, und innerhalb der Projektion der Rohre 12" vorgesehen sind. Insbesondere handelt es sich bei der in 3a dargestellten Verstärkung 18" um Rippen, die in der Draufsicht betrachtet versetzt angeordnet sind, sodass die Steifigkeit zwischen den Rohren 12" in diesem Bereich erhöht wird. Die Verstärkung 18" ist hierbei anstelle der zwischen den Rohren 12" angeordneten Kühlrippen 13" vorgesehen.
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Die versetzte Anordnung der Verstärkung 18' ist in der perspektivischen Detailsicht von 3a zu erkennen. Die Rippen der Verstärkung bilden jeweils eine Ebene aus, wobei die Rippe einer Ebene annähernd rechtwinklig gebogen ist, um abwechselnd mit einem der benachbarten Rohre in Kontakt zu stehen. Die Kontaktabschnitte zu einem benachbarten Rohr einer benachbarten Ebene der Rippen sind ähnlich, jedoch versetzt hierzu ausgeführt.
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Bei der in 3b dargestellten Variante ist ein Metallschaum zwischen Rohren 12''' eingebracht, der durch seine offenporige Struktur die Steifigkeit in diesem Bereich erhöht. Der Metallschaum kann beispielsweise zwischen benachbarte Rohre 12''' eingespritzt werden, wobei sich während des Ausbringens oder nach dem Ausbringen des Materials eine offenporige Struktur bildet, die anschließend aushärtet. Die Verstärkung 18'" ist hierbei anstelle der zwischen den Rohren 12'" angeordneten Kühlrippen 13'" vorgesehen.
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4 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Kühlers 10"", der eine Verstärkung 18f aufweist, die als ausgestanztes Blech ausgebildet und mit mehreren Rohren 12"" des Kühlers 10"" in Verbindung steht. Die Verstärkung 18f weist gemäß der dritten Ausführungsform rautenartig ausgebildete Stege auf, wobei die Stege der Verstärkung 18f in einer Seitenansicht betrachtet geneigt zur Erstreckungsrichtung der Rohre 12"" ausgerichtet sind. Zwischen den Rohren 12"" erstrecken sich Kühlrippen 13"", die gemäß der dritten Ausführungsform auch in den Bereichen vorgesehen sind, in denen die Verstärkung 18f an den Rohren 12"" angebracht ist.
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Gemäß einer ersten Modifikation der dritten Ausführungsform können die Stege der Verstärkung 18f zumindest teilweise senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Rohre 12"" des Kühlers 10"" ausgerichtet sein.
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In einer zweiten Modifikation der dritten Ausführungsform kann die Verstärkung 18f als Aluminiumgitter ausgeführt sein, das mittels einer Lötverbindung an mehreren Rohren des Kühlers angebracht ist.
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Gemäß einer dritten Modifikation der dritten Ausführungsform kann die Verstärkung 18f auch als Blech ausgeführt sein, das somit im Gegensatz zur in 4 dargestellten Ausführungsform ohne Ausnehmungen vorliegt.
