DE4320343C2 - Wärmetauscher, insbesondere Querstromkühler für Brennkraftmaschinen - Google Patents
Wärmetauscher, insbesondere Querstromkühler für BrennkraftmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit beidseitig eines Rippen
rohrblockes angeordneten Wasserkästen und mit einem an seinem obe
ren Ende angeordneten Ausgleichsbehälter.
Wärmetauscher dieser Art sind bekannt. Bei diesen
Bauarten mündet der Zulaufstutzen im oberen Bereich des ersten Wasser
kastens seitlich in diesen. Der Wasserkasten selbst ist mit einer parallel zu
seiner Längsachse verlaufenden Trennwand im Inneren versehen, die der
dem Rohrboden gegenüberliegenden Seite des Wasserkastens zugeord
net ist. Diese Trennwand trennt einen von oben nach unten im Wasserkas
ten durchlaufenden Kanal ab, der in seinem untern Bereich über ein Ver
bindungsstück in einen einstückig mit dem Wasserkasten hergestellten Un
terteile eines Ausgleichsbehälters mündet. Das Oberteil des Ausgleichsbe
hälters ist dort transparent gestaltet, um den Füllstand beobachten zu kön
nen.
Aus der DE 39 22 814 C2 ist eine Halterung für den Kühler eines flüssig
keitsgekühlten Fahrzeugmotors bekannt, die als ein Führungsraum ausge
bildet ist, in den ein Kühlerblock nach Art einer Kassette eingeschoben
wird. Dem Führungsrahmen ist ein Ausdehnungsgefäß zugeordnet, das mit
Hilfe von Schrauben auf diesem befestigt ist. Dieses Ausdehnungsgefäß
ist mit dem Kühlerblock verbindbar.
Bekannt ist es auch dem mit dem Eintrittsstutzen ver
sehenen Wasserkasten einen etwa parallel dazu verlaufenden Ausgleichs
behälter zuzuordnen, der aber nicht mit dem Innenraum dieses Wasser
kastens, sondern über ein gesondertes, den Rippenrohrblock durchset
zendes Rohr vom anderen Wasserkasten aus mit dem Kühlmittel in Ver
bindung steht, wobei auch dort - in dem dem ersten Wasserkasten gege
nüberliegenden Wasserkasten - eine Trennwand in den oberen Bereich
hochgezogen ist, die einen Kanal bildet, der wiederum mit dem vorher er
wähnten Rohr in Verbindung steht. Bei dieser Bauart befindet sich aber
auch der Auslaufstutzen am ersten Wasserkasten, so dass direkt eine U-
förmige Durchströmung des Rippenrohrblockes stattfindet, die auch durch
die Anordnung entsprechender Trennwände im ersten Wasserkasten be
wirkt wird. In beiden Fällen gehen die Ausgleichsbehälter über etwa die
gesamte Höhe der Wasserkästen durch. Das gilt auch für Ausführungen
wo der Ausgleichsbehälter dem mit dem Aus
laufstutzen versehenen Wasserkasten zugeordnet ist. Wärmetauscher die
ser Art lassen sich in die oft beengten Einbauräume in Kraftfahrzeugen
nicht immer einsetzen. Auch die Zuordnung des Ausgleichsbehälters zu
dem mit dem Ablauf versehenen Wasserkasten ist nicht immer möglich.
Aus der DE 34 46 007 A1 oder EP 0 219 419 A1 sind schließlich noch
Wärmetauscher mit einstückig an einem Wasserkasten angesetzten Aus
gleichsbehältern bekannt. In der DE 34 46 007 A1 verläuft der Ausgleichs
behälter, der etwa rohrförmig ausgebildet ist, parallel zu einem Wasserkas
ten und senkrecht zu den Rohrachsen über die gesamte Länge des Wasserkastens.
Gasblasen können über einen Entgasungskanal, der etwa die
Mitte des Wasserkastens mit der Mitte des Ausgleichsbehälters unterhalb
des Wasserniveaus verbindet und durch eine von diesem Verbindungska
nal aus nach oben steigende Leitung abgeführt werden. Ähnliches gilt für
die EP 0 219 419 A1, bei der man allerdings einen schräg von dem unten
liegenden Ablaufstutzen zum oben liegenden Einlaufstutzen eines Was
serkastens verlaufenden Rohrkanal vorgesehen hat, der in den Aus
gleichsbehälter, der dort oberhalb eines Wasserkastens und oberhalb ei
nes Teiles des Rippenrohrblockes sitzt. In diesen vom Auslaufstutzen zum
Ausgleichsbehälter führenden Verbindungskanal mündet eine aus dem un
terhalb einer Trennwand liegenden Raum des Wasserkastens kommende
Verbindungsleitung, die zusammen mit dem ersten Kanal dafür sorgt,
dass Luftblasen aus dem Kreislauf in den Ausgleichsbehälter aufsteigen
können. In beiden Fällen ist jedoch der Raumbedarf parallel zum Was
serkasten verhältnismäßig groß, so dass sich solche Bauarten nicht über
all verwirklichen lassen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Querstromkühler
der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass der Ausgleichsbehäl
ter keinen Raum über die gesamte Höhe des Wasserkastens einnimmt,
aber dennoch die Gewähr für eine ausreichende Entlüftung des Kühlmittels
in den Ausgleichsbehälter und eine ausreichende Durchströmung des
Ausgleichsbehälters gegeben ist.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im
Patentanspruch 1 angegeben.
Durch diese Ausgestaltung wird in dem Eintrittsraum hinter dem Zulauf
stutzen zwangsläufig ein höherer Druck des Kühlmittels als im übrigen Be
reich des Wasserkastens hervorgerufen, der eine Zwangsdurchströmung
des im höchsten Bereich des Ausgleichsbehälters mündenden Kanals be
wirkt. In den Einlaufstutzen eintretende Luft wird daher, da der Kanal nach
oben führt, mit der dort stattfindenden Strömung mitgenommen und ge
langt in den oberen Bereich des Ausgleichsbehälters, der auf diese Weise
ausschließlich am oberen Ende des Eintrittswasserkastens angeordnet zu
sein braucht und daher keinen zusätzlichen Raum seitlich neben einem der
Wasserkästen einnimmt.
In Weiterbildung der Erfindung kann der Eintrittsraum hinter dem Zulauf
stutzen als ein Schacht ausgebildet sein, der bis in den Bereich des Innen
raumes des Wasserkastens führt, von diesem aber durch die Drosselwand
getrennt ist.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
die Drosselwand eine quer zu der Längsachse des Wasserkastens
stehende zum Rohrboden hin abstehende Trennwand ist, die in
einem bestimmten, den Strömungsquerschnitt bestimmenden Abstand
vor dem Rohrboden endet. Durch die Wahl dieses Abstandes lässt
sich das für Luft vorgesehene Grundvolumen des Ausgleichsbe
hälters, das in der Regel oberhalb des oberen Rohres des
Rippenrohrblockes liegt, beeinflussen. Der Abstand wird daher
zweckmäßigerweise so gewählt, dass sich im Betrieb ein genügend
großes Luftvolumen im Ausgleichsbehälter befindet, durch das
auch der Kühlmittelstand entsprechend geregelt ist.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der vom Ein
trittsraum in den Ausgleichsbehälter führende Kanal durch eine
parallel zu der Außenwand des Ausgleichsbehälters geführte Wand
gebildet ist, die einstückig mit dem Ausgleichsbehälter und dem
Eintrittsraum hergestellt ist. Durch diese Ausgestaltung kann in
einfacher Weise zum einen der gewünschte Kanalquerschnitt er
reicht werden, zum anderen ist die Herstellung auch sehr ein
fach.
Der Zulaufstutzen kann seitlich am Ausgleichsbehälter ange
bracht sein, wobei der Ausgleichsbehälter vorteilhafterweise
eine parallel zu der Längsachse des Wasserkastens verlaufende
Trennfläche besitzt, auf die ein Abschlussdeckel mit dem Zulauf
stutzen aufgeschweisst wird. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine
einstückige Herstellung von Wasserkasten und Ausgleichsbehäl
ter. Schließlich ergibt sich eine besonders raumsparende Aus
führungsform für den Wärmetauscher, wenn der Ablaufstutzen für
das Kühlmittel an der Unterseite des dem mit dem Ausgleichs
behälter versehenen Wasserkasten gegenüberliegende Wasser
kastens angebracht ist. Durch diese Ausgestaltung, bei der
keine U-Durchströmung des Querstromkühlers vorliegt, bleiben
beide Wasserkästen über den größten Teil ihrer Länge frei von
äußeren Zusatzteilen, und der Ausgleichsbehälter ist nur einem
der Wasserbehälter im oberen Bereich zugeordnet. Der Einbauraum
für einen solchen Wärmetauscher kann daher sehr klein gehalten
werden.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der
Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen
Querstromkühlers für einen Verbrennungsmotor, ins
besondere für ein Nutzfahrzeug,
Fig. 2 die Ansicht des Querstromkühlers der Fig. 1 in
Richtung des Pfeiles 11 gesehen,
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des oberen Bereiches des
Querstromkühlers nach der Erfindung in der Ansicht
nach Fig. 2, jedoch bei abgehobenen Abschlußdeckel,
um einen Einblick in den Ausgleichsbehälter zu ge
statten,
Fig. 4 den Schnitt durch den Ausgleichsbehälter nach Fig. 3
in Richtung der Linie IV-IV geschnitten, und
Fig. 5 den Schnitt durch den Ausgleichsbehälter nach Fig. 3
in Richtung der Linie V-V geschnitten.
In den Fig. 1 und 2 ist ein Querstromkühler gezeigt, der aus
einem Rippenrohrblock (1) mit horizontal verlaufenden Rohren
und dazwischen senkrecht zu den Rohrachsen (2) verlaufenden
Rippen aufgebaut ist, was im Einzelnen nicht gezeigt ist. Die
Rohre sind dabei in bekannter Weise jeweils in Rohrböden (3)
und (4) gehalten, von denen der Rohrboden (4) an einem ersten
Wasserkasten (5) und der Rohrboden (3) an einem zweiten Wasser
kasten (6) befestigt ist. Dem ersten Wasserkasten (5) ist aus
schließlich im oberen Bereich ein Ausgleichsbehälter (7) zuge
ordnet, der aus einem, einstückig mit dem Wasserkasten gegosse
nen oder gespritzten Ausgleichsbehälterteil (7a) und einem auf
diesen längs einer Trennfläche (8) aufgeschweissten Abschluss
deckel (9) besteht, der mit einem Zulaufstutzen (10) für das
Kühlmittel versehen ist. Dieser Zulaufstutzen (10) kann ein
stückig mit dem Abschlußdeckel (9) ausgebildet sein. Beim Aus
führungsbeispiel besteht er allerdings aus einem gesonderten
Stutzenteil, der in nicht näher dargestellter Weise an der
Trennfläche (8) angebracht, insbesondere verschweisst wird.
Im Gegensatz zu bekannten Wärmetauschern ist daher der Zulauf
stutzen (10) nicht dem Wasserkasten (5) unmittelbar zugeordnet,
sondern dem einstückig an diesem Wasserkasten (5) angeordneten
Ausgleichsbehälter (7). Die Fig. 1 und 2 zeigen zunächst,
dass der Querstromkühler (1) nach der Erfindung über den größten
Bereich seiner beiden Wasserkästen (5 und 6) frei von Anbau
teilen ist. Die Durchströmung des Querstromkühlers (1) erfolgt
vom Zulaufstutzen (10) und dem Wasserkasten (5) zum Wasserkasten
(6). Das Kühlmittel verlässt dann den Querstromkühler (1) durch
einen Ablaufstutzen (12), der an der Unterseite des Wasser
kastens (6) vorgesehen ist. Dem Ausgleichsbehälter (7) ist in
bekannter Weise ein Einfüllstutzen (13) zugeordnet. Beide
Wasserkästen (5 und 6) sind mit stirnseitig abstehenden Zapfen
(14 und 15) zur Befestigung am Fahrzeug versehen.
Um die erforderliche Entlüftung des dem Zulaufstutzen (10) zu
strömenden Kühlmittels zu erreichen, ist, wie in den Fig. 3
bis 5 dargestellt, der mit dem Wasserkasten (5) einstückig ver
bundene Teil (7a) des Ausgleichsbehälters (7) in besonderer
Weise ausgebildet.
Die Fig. 3, bei der der Abschlussdeckel (9) und der Anschluss
stutzen (10) weggelassen ist, zeigt, dass hinter dem Zulauf
stutzen (10) ein Eintrittsraum (16) in der Form eines bis in den
Innenraum des Wasserkastens (5) oberhalb des nicht gezeigten
Rohrbodens (4) durchgehenden Schachtes vorgesehen ist. Dieser
Eintrittsraum (16) mündet in den Innenraum des Wasserkastens (5)
so, daß eine Zuströmung des Kühlmittels in den Wasserkasten (5)
im Sinne der Pfeile (17) erfolgt. Die Fig. 3 bis 5 zeigen,
daß in den Verbindungsweg zwischen dem Eintrittsraum (16) und
dem Innenraum (18) des Wasserkastens (5) eine Drosselwand (19)
hereinragt, die als eine quer zur Längsachse (20) des Wasser
kastens (5) stehende, vom Ausgleichsbehälterteil (7a) zum Rohr
boden (4) hin abragende Querwand ausgebildet, ist. Diese Dros
selwand (19) besitzt beim Ausführungsbeispiel eine parallel zum
Rohrboden (4) verlaufende Unterkante, die in einem bestimmten
Abstand (a) vor dem Rohrboden (4) mündet. Dieser Abstand (a)
bestimmt mit den übrigen Abmessungen des Durchströmungskanales
(21) im Bereich der Drosselwand (19) den Strömungsquerschnitt
für das Kühlmittel. Der Abstand (a) ist dabei so gewählt, dass
der von der Drosselwand (19) freigegebene Strömungsquerschnitt
kleiner ist, als der Eintrittsquerschnitt des Zulaufstutzens
(10). Durch diese Maßnahme baut sich im in dem als Schacht
ausgebildeten Eintrittsraum (16) ein gewisser Überdruck gegen
über dem Druck im Innenraum (18) des Wasserkastens (5) auf, der,
wie noch erläutert werden wird, dazu ausgenützt wird, eine
zwangsweise Strömung unmittelbar hinter dem Zulaufstutzen im
Ausgleichsbehälter hervorzurufen, durch die durch den Zulauf
stutzen (10) mitgerissene Luft im Kühlmittel sich im Ausgleichs
behälter (7) absetzen kann.
Aus den Fig. 3 und 4 (auch aus Fig. 2 andeutungsweise) geht
hervor, dass der Eintrittsraum (16) in seinem oberen Bereich in
einen schmalen Kanal (22) übergeht, der durch eine parallel zur
Außenwand (7b) des Ausgleichsbehälterteiles (7a) verlaufende
Wand (23) gebildet ist, die unterhalb des den oberen Abschluss
des Ausgleichsbehälters (7) bildenden, etwa horizontalen Wand
teiles (7c) endet. Der Kanal (22) führt daher vom Eintrittsraum
(16) aus in einer leichten Krümmung nach oben und endet kurz
unterhalb der Deckenwand (7c).
Da, wie vorher erläutert, im Eintrittsraum (16) durch die Anord
nung der Drosselwand (19) ein erhöhter Druck herrscht, wird ein
Teil des Kühlmittels zwangsläufig durch den Kanal (22) in den
Innenraum (24) des Ausgleichsbehälters (7) geleitet und im Sinn
der Pfeile (25) zu einer Öffnung (26) geführt, die sich in einer
etwa senkrecht verlaufenden Wandfläche des Ausgleichsbehälters
(7) unmittelbar hinter der Drosselwand (19) befindet. Diese
Öffnung (26) steht mit dem Innenraum (18) des Wasserkastens (5)
in Verbindung. Das zwangsweise durch den Kanal (22) geführte
Kühlmittel gelangt daher nach der Durchströmung des Ausgleichs
behälters ebenfalls in den Kühlkreislauf, in dem auch schon das
im Sinn der Pfeile (17) durch den Querschnitt unterhalb der
Drosselwand (19) eingetretene Kühlmittel umläuft. Das Kühl
mittel gelangt dann, wie vorher bereits ausgeführt, vom Wasser
kasten (5) aus zum Wasserkasten (6) und den verlässt den Quer
stromkühler durch den Ablaufstutzen (12).
Die Ausgestaltung wird so vorgenommen, dass sich der Wasserstand
(27) im Ausgleichsbehälter (7) noch oberhalb des obersten,
nicht gezeigten Rohr des Wasserkastens (5) befindet, so dass ein
Mitreißen von Luft in den Kühlkreislauf verhindert wird. Die
Lage des Flüssigkeitsspiegels (27) lässt sich dabei durch den
Abstand (a) der Unterkante der Drosselwand (19) vom Rohrboden
(4) beeinflussen. Es wird aus Fig. 3 jedoch sehr deutlich, dass
im Ausgleichsbehälter (7) ein genügend großes Luftvolumen ober
halb des Kühlmittelpegels (27) befindet.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird dem Zulaufwasser
kasten (5) ein Ausgleichsbehälter vorgeschaltet, der aus
schließlich im Bereich des Zulaufstutzens (10) angeordnet ist
und der den durch diesen Zulaufstutzen (10) eintretenden Kühl
mittelstrom schon vor dem Erreichen des Innenraumes (18) des
Wasserkastens (5) in einem zwangsweise umlaufenden Entlüftungs
teilstrom und einen Zulauf aufteilt. Da die Entlüftung durch
die Anordnung des Kanales (22) nach oben erfolgt, ist die Ge
währ für eine ausreichende Entlüftung gegeben. Der Ausgleichsbe
hälter (7) lässt sich einteilig an den Wasserkasten (5) anformen.
Durch seine Anordnung nur im oberen Teil desselben bleiben
beide Wasserkästen (5) über den Großteil ihrer Länge völlig frei
von seitlich abstehenden Teilen. Der neue Querstromkühler lässt
sich daher vorteilhaft dort verwenden, wo kein Platz für die
seitliche Anordnung eines Ausgleichsbehälters bei einem Quer
stromkühler ist.
Claims (7)
1. Wärmetauscher mit beidseitig eines Rippenrohrblocks (1a) ange
ordneten Wasserkästen (5, 6) und mit einem an seinem oberen Ende an
geordneten Ausgleichsbehälter (7) mit folgenden Merkmalen:
- - der Ausgleichsbehälter (7) ist mit einem Zulaufstutzen (10) für das Kühlmittel versehen und weist ein Ausgleichsbehälterteil (7) auf, das einstückig mit dem Wasserkasten (5) aufgebaut ist,
- - der Ausgleichsbehälter (7) weist hinter dem Zulaufstutzen (10) ei nen Eintrittsraum (16) auf, der in seinem oberen Bereich in einen Kanal (22) übergeht und der in seinem unteren Bereich von einem Innenraum (18) des Wasserkastens (5) durch eine Drosselwand (19) abgetrennt ist, die einen kleineren Strömungsquerschnitt als der Strömungsquerschnitt des Zulaufstutzens (10) freigibt und
- - der einen weiteren Innenraum, (24) aufweist, der über eine unter halb der Drosselwand (19) angeordneten Öffnung (26) mit dem Innenraum (18) des Wasserkastens in Verbindung steht.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der Eintrittsraum hinter dem Zulaufstutzen (10) als ein Schacht (16) aus
gebildet ist, der bis in den Bereich des Innenraums (18) des Wasserkas
tens (5) führt, von diesem aber durch die Drosselwand (19) getrennt ist.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Drosselwald (19) eine quer zu der Längsachse (20) des Wasser
kastens (5) stehende, zum Rohrboden (4) hin abstehende Trennwand ist,
die in einem bestimmten, den Strömungsquerschnitt bestimmenden Ab
stand (a) vor dem Rohrboden (4) mündet.
4. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn
zeichnet, dass der vom Schacht (16) in den Ausgleichsbehälter (7) führen
de Kanal (22) durch eine parallel zu der Außenwand (7b) des Ausgleichs
behälters (7) geführte Wand (21) gebildet ist, die einstückig mit dem Aus
gleichsbehälter (7) und dem Schacht (16) hergestellt ist.
5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, dass der Zulaufstutzen (10) seitlich am Ausgleichsbehälter
(7) angebracht ist.
6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
der Ausgleichsbehälter (7) eine parallel zu der Längsachse (20) des Was
serkastens (5) verlaufende Trennfläche (8) besitzt, auf die ein Abschluss
deckel (9) mit dem Zulaufstutzen (10) aufgeschweißt ist.
7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, dass der Ablaufstutzen (12) für das Kühlmittel an der Unter
seite des dem mit dem Ausgleichsbehälter (7) versehenen Wasserkastens
(5) gegenüberliegenden Wasserkastens (6) angebracht ist.
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