DE3617765A1 - Motorkuehlersegment und kombinationskuehler fuer kraftfahrzeugmotoren aus diesen segmenten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein neuartiges Kühlersegment und eine Anordnung dieser Segmente zu einem Kombinations­ kühler für Kraftfahrzeuge.

Die bisher bekannten Kühler für Kraftfahrzeuge sind normalerweise einstückig ausgebildet und aufwendig her­ zustellen. Wegen der großen Durchflußmengen müssen sie eine Größe besitzen, die im Motorraum eines Kraftfahrzeugs sehr viel Raum beansprucht. In den Kühlern befindet sich lediglich ein Kühlkreislauf für ein Kühlmedium.

Darüber hinaus sind die bekannten Kühler in ihrer Funktionsweise "starr", d. h. daß sie unabhängig von äußeren sich ändernden Umständen im wesentlichen unver­ änderbare, konstante Kühlkreislauflängen aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kühlermodule oder Kühlersegmente zur Verfügung zu stellen, aus denen Kühler zusammensetzbar sind, die die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwinden; sie sollen ins­ besondere ermöglichen, daß innerhalb des aus den Segmen­ ten bestehenden Kühlers mehrere Kühlkreisläufe zur Ver­ fügung stehen, wobei die vom Motor in die Kühlmedien ab­ geführte Wärme genutzt wird.

Gleichzeitig sollen die Kühlersegmente einfach auf­ gebaut und in einfacher Weise herstellbar sein, ebenso wie ein aus diesen Kühlersegmenten zusammengesetzter Kombinationskühler mit mehreren Kühl- und Erhitzungsfunk­ tionen.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch die Kühler­ segmente gemäß den Ansprüchen 1 bis 10 und die Anordnung dieser Segmente zu einem Kombinationskühler gemäß den Ansprüchen 11 und 12 gelöst, wobei durch das erfindungs­ gemäße Baukastensystem aus den einfach herstellbaren Kühlersegmenten sehr unterschiedliche, jeweils auf den Verwendungszweck genau abgestimmte Kühler mit mehreren Funktionen hergestellt werden können.

Dadurch, daß mehrere Medienkanäle sich durch den erfindungsgemäß zusammengesetzten Kombinationskühler erstrecken, ist es möglich, beispielsweise gleichzeitig das Kühlwasser und das Öl zu kühlen und ggf. in einem dritten Medienkanal Luft für die Innenheizung und/oder bei Dieselmotoren für die vorgewärmte Ansaugluft zu erhitzen.

Die erfindungsgemäße Baukonzeption erlaubt, durch unterschiedliche Medienkanaldurchmesser die Kühlleistung den Erfordernissen des zu kühlenden (oder zu erhitzenden) Mediums anzupassen. Medien, die nicht die gesamte Länge des im Kühler hierfür vorgesehenen Medienkanals be­ nötigen, können vorzeitig ausgeführt werden; die ver­ bleibende Restlänge des Medienkanals kann für andere Medienerwärmung oder -kühlung verwendet werden.

Erfindungsgemäß ist es durch die Bauweise ebenfalls möglich, durch Einbringen von Bypässen eine dynamische Fahrweise des Kühlers zu bewerkstelligen, d. h., trotz verschiedener Eintrittstemperaturen der verschiedenen Medien zu einer gleichen Austrittstemperatur der Medien zu kommen, oder bei Bedarf auch umgekehrt.

Da man dieses System mit Wasserzwangsführung und mit einem erhöhten Lufterwärmungsgrad (mindestens 50°C) betreiben kann, ergibt sich die Möglichkeit, einen Teil der erwärmten Luft nach dem Kühleraustritt abzufangen und gekoppelt mit einer Frischluftstrecke in den Luft­ ansaugekrümmer einzuleiten. Auf diese Weise kann die ange­ saugte Luft, insbesondere in der kälteren Jahreszeit, auf die Idealtemperatur vorgewärmt werden. Damit können die Kühlwasservorwärmungen in den Luftansaugekrümmern entfallen, wodurch sich einfachere, leichtere und leistungs­ fähigere Ansaugekrümmer ergeben.

Durch geringere benötigte Wassermenge des Kühlers und das daraus resultierende schnellere Erreichen der Betriebstemperatur erlaubt auch eine Treibstoffvorwärmung, insbesondere bei Dieselmotoren, wobei Paraffinbildung und erhöhter Schadstoffausstoß, besonders auch in der Anlaß- und Startphase vermieden wird.

Mit den erfindungsgemäßen Motorkühlersegmenten läßt sich ein Standkühlungsteil und eine Fahrtkühlung erstellen. Diese können getrennt oder miteinander verbunden einge­ baut werden, und zwar als Block oder Palette; sie können durch geregelte Bypässe parallel und/oder hintereinander geschaltet werden.

Besonders geeignet ist hierbei, wenn die Rohrbögen eingeklebt werden, wobei ein geeigneter Epoxidkleber bei­ spielsweise bei der Firma Ciba-Geigy erhältlich ist. Die Temperaturbeständigkeit dieses Klebers beträgt minus 40° bis plus 270°C.

Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße Kombinations­ kühler aber auch mit einem Sammelrohr mit Verteiler als Mehrrohrzwangsführung ausgebildet sein. Ein solcher Kühler ist für Kühlungen mit hohem Wasserdurchsatz und für größere Leistungsanforderungen geeignet.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Fig. 1 bis 10 erläutert.

Fig. 1 ist, links, ein Querschnitt und, rechts, ein Längs­ schnitt durch ein erfindungsgemäßes Motorkühler­ segment;

Fig. 2 ist ein Querschnitt durch ein bevorzugt ausge­ bildetes Segment gemäß Fig. 1;

Fig. 3 ist eine schräge Seitenansicht, teilweise im ver­ tikalen Querschnitt, von zwei zu einer Kühler­ anordnung verbundenen Segmente gemäß Fig. 1 und 2;

Fig. 4 zeigt im Querschnitt verschiedene Befestigungs­ arten der kreissegmentförmigen Aluminiumrohre in den Kühlersegmenten;

Fig. 5 zeigt bevorzugte Verbindungsprofile für die Ver­ bindung der erfindungsgemäßen Motorkühlerseg­ mente miteinander;

Fig. 6 und 6a zeigen schematisch die rahmenförmige Verbindung der Segmente zu einem erfindungsgemäßen Kühler­ block;

Fig. 7 zeigt schematisch den Aufbau eines erfindungs­ gemäßen Kühlerblocks mit Einrohr-zwangswasser­ führung;

Fig. 8 zeigt schematisch den Aufbau eines erfindungs­ gemäßen Kühlerblocks bei Mehrrohr-zwangswasser­ führung mit Sammel- und Verteilerrohr;

Fig. 9 ist die schematische Wiedergabe des Aufbaus und der Anwendung einer Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Kombinationskühlers;

Fig. 10 zeigt die Einsatzmöglichkeit des erfindungs­ gemäßen Kombinationskühlers zur Vorwärmung der Ansaugluft.

In Fig. 1 ist auf der linken Seite eine Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen Motorkühlersegments 1 im Quer­ schnitt und, auf der rechten Seite, im Längsschnitt, ent­ lang der Linie A-A des Ausschnitts auf der linken Seite, wiedergegeben.

Das Segment 1 besteht aus stranggepreßtem Aluminium­ profil mit den Bohrungen 2, die als Medienkanäle ausge­ bildet sind. Diese Bohrungen sind von Lamellen 4 umgeben, wobei diese vorzugsweise größere 4 a und geringere 4 b Höhe aufweisen. Dieses Aluminiumprofil kann je nach ge­ forderter Leistung und Baugröße auf ein bestimmtes Maß geschnitten werden.

Bevorzugt ist die obere und die untere Fläche als obere und untere Begrenzungsplatte (5, 6) ausgebildet.

Die Eintritts- und Austrittsbereiche 3 der Bohrungen sind zum Einschub von Verbindungsrohrbögen aufgeweitet.

Bevorzugt sind auf den oberen und unteren Begren­ zungsplatten 5, 6 Mittel 16, 17 angebracht, durch die bei­ spielsweise die Begrenzungsplatte 6 mit einer darauf zu befestigenden Begrenzungsplatte 5 eines zweiten Seg­ ments verbunden bzw. verriegelt werden kann. Bei der Ausführungsform gemäß der Fig. 2 handelt es sich auf der einen Begrenzungsplatte 6 um ein kanalförmiges Profil 16 und auf der gegenüberliegenden Begrenzungsplatte 5 um ein gratförmiges Profil, dessen Querschnitt zum verriegelnden Einschub in das Profil 16 (eines darunter liegenden Seg­ ments) ausgebildet ist. Die seitlichen Längskanten 18 der Begrenzungsplatten 5, 6 können in entsprechender Weise zur Verriegelung mit einem nebenliegenden Segment oder mit einem Verbindungsprofil (s. Fig. 5) ausgebildet sein.

Gemäß Fig. 3 werden die Mediumkanäle 2 gleichen Durchmessers von übereinander liegenden oder nebeneinander liegenden erfindungsgemäßen Kühlerrohrsegmenten 1 durch kreissegment­ förmige Aluminiumrohrbögen (7) miteinander verbunden, so daß sich in entsprechender Weise der Mediumkanal verlängert. Da die verschiedenen Medienkanäle 2 eines Segments unter­ schiedliche Durchmesser aufweisen, müssen auch die Alu­ miniumrohrbögen (7) unterschiedliche, entsprechende Durch­ messer aufweisen.

Gemäß Fig. 4 werden auf der linken Seite verschiedene Klebeverbindungen, die die bevorzugte Verbindungsart sind, zwischen den Aluminiumrohrbögen 7 und Segmenten 1 in der Bohrung 2 graphisch dargestellt. Besonders bevorzugt ist der hierfür geeignete Epoxidkleber der Ciba-Geigy, des­ sen Temperaturbeständigkeit minus 40° bis plus 270°C beträgt, der nicht spröde ist und bei einer Klebefläche von 660 mm² eine Klebefestigkeit von 35 k/N mm², ins­ gesamt 2310 kg aufweist. Bei Bedarf können zusätzlich O-Ringdichtungen (9) in an sich bekannter Weise ver­ wendet werden.

Um die Eigenelastizität der Segmentkombination zum erfindungsgemäßen Kühler zu erhöhen, können die ver­ wendeten Rohrbögen an den Anschlußteilen mit einer Ex­ pansionsumformung 10 versehen werden.

Im Fall des Verlötens können in an sich bekannter Weise Lötringe (11) Verwendung finden. (Gemäß Fig. 4, rechte Seite)

Bei Verwendung der Expansionsumformung 10 wird eine größere Dichtheit erzielt. Damit eine genaue und sichere Verbindung zustande kommen kann, werden in den Segmenten Einfräsungen 12 vorgesehen.

Die Verbindung der Segmente 1 untereinander erfolgt bevorzugt durch Verbindungsprofile aus Kunststoff oder aus Aluminium gemäß Fig. 5. Diese Profile oder Beschläge besitzen gemäß Abbildung Ausnehmungen oder Aufsätze, die den Aufsätzen 16, 17 oder den verformten Kantenrändern 18 entsprechen und mit diesen verriegelnd zusammenwirken. Über die derart ausgebildeten Verbindungsprofile können die er­ findungsgemäßen Kühlersegmente miteinander verbunden wer­ den.

Darüber hinaus sind die Verbindungsstücke so ausgelegt, wie in den Fig. 6 und 6a wiedergegeben, daß über diese ein Rahmen aufgeschoben werden kann. Der Rahmen besteht aus dem Rahmenprofil (21), verstellbaren Eckverbindungen mit Spannschraube 22 und äußerem Schwingungsdämpfer 23. Im übrigen entsprechen die Bauteile den zuvor beschriebenen Bauteilen.

In Fig. 7 wird schematisch der Durchgang eines Mediumkanals durch einen erfindungsgemäßen Kombinations­ kühler dargestellt. Mit A ist die Eintrittsrichtung des Mediums in den zugehörigen Mediumkanal und mit B dessen Austrittsrichtung angegeben. Durch die entsprechende Verbindung der entsprechenden Kanalabschnitte in den einzelnen Segmenten durch die Rohrbögen erfolgt der Durch­ fluß des Mediums mittels einer Zwangsführung serpentinen­ förmig durch die Segmentanordnung (Kühler) mit nur einem Eintritt und einem Austritt für das Medium.

In Fig. 8 wird schematisch eine Mehrrohrzwangsführung dargestellt, die für einen Kühler mit hohem Mediumdurch­ satz geeignet ist. Die zu fördernde Menge des Mediums fließt durch ein Verteilerrohr 13 in die einzelnen Rohr­ leitungen, die sich wiederum serpentinenartig durch den Kühleraufbau winden, und treten in ein Sammelrohr 14, aus dem sie zur Verbrauchsstelle rückgeführt werden.

In Fig. 9 wird ein erfindungsgemäßer Kombinations­ kühler schematisch wiedergegeben, der aus den erfindungs­ gemäßen Segmenten und Rohrbögen aufgebaut ist und gleich­ zeitig eine Stand- und Fahrkühlung aufweist. Hierbei wird deutlich, daß in verblüffend einfacher Weise eine Mehr­ medienkühlung durchgeführt werden kann, wobei parallel hierzu Erwärmung eines oder mehrerer Medien erfolgen kann. Im Bedarfsfall kann in dieser Vorrichtung noch ein Lade­ luftkühler für Turboladerbetrieb integriert werden, wobei die Baugröße der zur Zeit verwendeten Wasserkühler nicht überschritten wird, gleichzeitig aber eine gegenüber traditionellen Wasserkühlern überlegene Mehrfachfunktion erbracht wird.

In der Fig. 9 sind die gestrichelt gekennzeichneten Segmentkombinationen der Standkühlung zugehörig, die durch den Ventilator gekühlt werden.

Die folgenden Ziffern bezeichnen die verschiedenen Kühlungs- und Erwärmungsfunktionen für die verschiedenen Medien:

• 1: Hydraulik-Öl-Vorlauf
• 2: Kühlwasser Vorlauf
• 3: ATF-Kühlung Vorlauf
• 4: Dieselvorwärmung von Kraftstoffpumpe zum W'tauscher Vorlauf
• 5: vom W'tauscher zum Filter Rücklauf
• 6: vom Filter zum W'tauscher Vorlauf
• 7: vom W'tauscher zur Einspritzpumpe Rücklauf
• 8: Ansaugeluftvorwärmung

In Fig. 10 wird schematisch dargestellt, wie erfin­ dungsgemäß die Ansaugluft vorgewärmt wird.

Die durch den Kühler strömende Luft, die als Kühlme­ dium dient, wird stark aufgewärmt. Um diese Energie der aufgewärmten Luft zu nutzen, wird ein Ventilatoraufsatz 15 derart ausgebildet, daß mit einem Teil der erwärmten Luft die Ansaugluft in einer Vorwärmkammer 19 geregelt vermischt wird, wodurch das Gemisch auf die jeweils benötigte optima­ le Temperatur gebracht werden kann. Dieses Gemisch tritt dann in den Vergaser mit Luftfilter 20 ein. Das Mischungs­ verhältnis von Heißluft mit mindestens 50°C und Ansaugluft wird in an sich bekannter Weise durch den Thermomischregler 21 geregelt.

Claims (12)

1. Kühlersegment, einstückig bestehend aus einem stranggepreßten Profil (1) aus Aluminium mit mindestens einer Längsbohrung (2) als Mediumkanal und in Längs­ richtung des Profils (1) verlaufenden Lamellen (4).

2. Segment nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Profil (1) mit mindestens zwei Längsbohrungen (2) als Medienkanälen stranggepreßt ist.

3. Segment nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintritts-/Austrittsbereich (3) der Längsbohrungen (2) in/aus das (dem) Kühlersegment einen etwas größeren Durchmesser als die Längsbohrungen (2) innerhalb des Kühlersegments aufweisen.

4. Segment nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Kühlersegment mit mehr als einer Längsbohrung (2) die Längsbohrungen (2) voneinander unterschiedliche Durchmesser aufweisen.

5. Segment nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Eintritts-/Austrittsbereichen (3) der Längsbohrungen (2) kreissegmentförmige Aluminiumrohrbögen (7) fixiert sind.

6. Segment nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fixierung durch Verkleben er­ folgt.

7. Segment nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fixierung durch Verlöten er­ folgt.

8. Segment nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Aluminiumrohrbögen (7 ) in den Eintritts-/Austrittsbereichen (3) der Längsbohrungen (2) durch eingelegte oder durch an den Rohrbögenenden ange­ formte Dichtringe gesichert sind.

9. Segment nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es zwei gegenüberliegende Be­ grenzungsplatten (5, 6) einstückig angeformt aufweist, deren Längs- und Querkanten mit den Längs- und Querkan­ ten der langen Lampenlamellen (4 a) fluchten.

10. Segment nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Begrenzungsplatte (5) in Längsrichtung des Seg­ ments eine Einschubrinne (16) einstückig aufgeformt ist, während auf der gegenüberliegenden Begrenzungsplatte (5) ein Einschubgrat (17) einstückig aufgeformt ist, der di­ mensionsmäßig zum verriegelnden Einschub in die Einschub­ rinne (16) ausgebildet ist.

11. Kühlersegmentanordnung, bestehend aus mindestens zwei Kühlersegmenten nach mindestens einem der vorher­ gehenden Ansprüche, wobei die Begrenzungsplatte (5) des einen Segments auf der Begrenzungsplatte (6) des anderen Segments deckungsgleich aufliegt, und die Längsbohrungen (2) jeweils gleichen Durchmessers in den Segmenten durch kreissegmentförmige Aluminiumrohrbögen (7) zu einem die Segmente durchlaufenden Kanal miteinander verbunden sind, wobei die Segmente über die Einschubrinne (16) des einen Segments und den eingeschobenen Einschubgrat (17) mit­ einander verriegelt sind.

12. Segmentanordnung nach einem der Ansprüche 10 und/oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Medienkanäle (2) gleichen Durchmessers derart über den Rohrbögen (7) miteinander verbunden werden, daß sich der gebildete Medienkanal serpentinenförmig durch die über- und/oder nebeneinander angeordneten Segmente erstreckt.