DE4328448C2 - Wärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere einen Querstromkühler für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der US 36 04 502 ist ein Wärmetauscher be­ kannt, bei dem ein Ausgleichstank parallel zu dem druckseitigen Wasserkasten vorgesehen ist. Dieser Ausgleichstank besitzt ei­ nen eigenen Zulauf und einen eigenen Ablauf, die beide parallel in einem Nebenstrom zu dem Zulauf und dem Ablauf des Kühlers geschaltet sind. Diese Ausgestaltung ist verhältnismäßig auf­ wendig und macht die Anordnung von besonderen Rückschlagventi­ len und zusätzlicher Versorgungsleitungen notwendig. Auch die Entlüftung ist, da sich der Ausgleichsbehälter nur in einem Ne­ benstrom befindet und keine direkte Verbindung zu dem drucksei­ tigen Wasserkasten hat, nicht immer ausreichend gewährleistet. Dazu kommt, daß auch der Platzbedarf wegen der zusätzlichen An­ ordnung von Leitungen verhältnismäßig groß werden kann.

Aus der EP 0 219 419 A1 ist ein Wärmetauscher der eingangs ge­ nannten Art bekannt, bei dem dem druckseitigen Wasserkasten ein Ausgleichsbehälter so zugeordnet ist, daß er oberhalb dieses Wasserkastens sitzt. Vom Ausgang des Ausgleichsbehälters führt eine Saugleitung zum saugseitigen Wasserkasten. Diese Sauglei­ tung wird dabei vom obersten Rohr des Rippenrohrblockes gebil­ det. Bei dieser Bauart sitzt der Ausgleichsbehälter oberhalb des Kühlers und nimmt daher zusätzlichen Bauraum in Anspruch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher dieser Art so auszubilden, daß der Ausgleichsbehälter nicht oberhalb des Kühlers angeordnet sein muß und daß ein kompakter Aufbau mit möglichst wenig Bauraum erreicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einem Wärmetauscher der eingangs genannten Art die kennzeichnenden Merkmale des Patent­ anspruches 1 vorgesehen. Durch diese Ausgestaltung kann der Ausgleichsbehälter dem druckseitigen Wasserkasten integriert bzw. diesem vorgelagert und auch einteilig mit diesem herge­ stellt werden. Er sitzt daher nicht oberhalb des Kühlers und es wird eine verhältnismäßig gedrungene Bauweise möglich. Auch die Befüllung läßt sich über den Ausgleichsbehälter in einfacher Weise vornehmen, denn das Kühlmittel kann den Kühlmittelkreis­ lauf und den Wärmetauscher von unten her auffüllen. Es öffnet sich dabei das Rückschlagventil und die Einfüllung kann bis zum gewünschten Niveau vorgenommen werden. Zusätzliche Leitungsan­ ordnungen sind überflüssig.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen gekennzeichnet. Anspruch 2 sieht dabei eine einfache Realisierung einer Entlüftungsmöglichkeit und einer Befüllung vor. Anspruch 3 umreißt eine andere Möglichkeit einer Entlüf­ tung, die durch die Merkmale des Anspruches 4 eine besonders wirksame Ausgestaltung erhält. Der Anspruch 5 schließlich er­ möglicht eine äußerst einfache Herstellung. Da Wasserkasten und Ausgleichsbehälter zunächst ein- oder zweiseitig offen sind, macht es keine Schwierigkeiten, insbesondere bei der Herstellung aus Kunststoff, die entsprechenden Trenn­ wände oder Verbindungsleitungen einzusetzen. Die zunächst offen hergestellten Teile können dann in einfacher Weise durch einen aufgesetzten Deckel und/oder einen Rohrboden geschlossen wer­ den. Durch die Merkmale des Anspruch 6 ergibt sich eine bessere Entformbarkeit des Ausgleichsbehälters. Es genügt ein kürzerer Kern, der besser abgestützt werden kann. Die Merkmale des An­ spruch 7 schließlich erlauben eine bessere Entlüftung sämt­ licher Kühlerrohre, insbesondere der oberen Rohrreihen.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäß aus­ gebildeten Querstromkühlers in einer ersten Ausfüh­ rungsform,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Querstromkühlers einer zweiten Ausführungsform, ebenfalls in einer An­ sicht und

Fig. 3 die schematische Darstellung eines Wärmetauschers ge­ mäß der Erfindung und seine Zuordnung zu dem zu küh­ lenden Motor.

In der Fig. 1 ist ein Querstromkühler gezeigt, dessen beide, einander gegenüberliegende Wasserkästen (1 und 2) durch einen dazwischenliegenden Rippenrohrblock (3) verbunden sind. Kühl­ mittel, das von einem - in Fig. 3 angedeuteten - Motor kommt, tritt durch eine schematisch dargestellte Zulauföffnung (4) in den linken Wasserkasten (1) ein, durchströmt den Rippenrohr­ block (3) von links nach rechts und verläßt den Wärmetauscher durch die Austrittsöffnung (5) des Wasserkastens (2). In be­ kannter Weise wird der Rippenrohrblock quer zur Durchströmung mit dem Kühlmittel mit Luft angeströmt, so daß der gewünschte Wärmeaustausch eintreten kann.

Wie schematisch angedeutet, befindet sich unmittelbar neben dem linken Wasserkasten (1) ein Ausgleichsbehälter (6), der durch einen Deckel (7) abgeschlossen ist, der mit einem an sich be­ kannten Füllbecher (8) versehen ist. In den Ausgleichsbehälter (6) ragt ein Entlüftungsstutzen (9) herein, der mit einem Fall­ rohr (10) bis in den Bereich unterhalb des Füllniveaus (11) des Ausgleichsbehälters (6) reicht. Am unteren Ende ist der Aus­ gleichsbehälter (6) mit einem oder mehreren Rohren, die schema­ tisch als eine durchgehende Leitung (12) gezeigt sind, verbun­ den, welche quer durch den Rippenrohrblock (3) in Richtung der Rohre desselben bis zum Kühlmittelaustritt (5) des Wasserka­ stens (2) reichen. Der Ausgleichsbehälter (6) ist auf diese Weise unmittelbar mit der Saugseite des Wärmetauschers verbun­ den. Diese Verbindungsleitung (12) ist außerdem aber auch mit dem Innenraum des Wasserkastens (1) verbunden, und zwar über ein Rückschlagventil (13), das, wie insbesondere aus Fig. 2 er­ kennbar wird, so ausgebildet ist, daß der Differenzdruck zwi­ schen dem Innenraum des Wasserkastens (1) und dem Druck in der Leitung (12) das Rückschlagventil (13) im Betrieb geschlossen hält. Bekanntlich liegt der Innenraum des Wasserkastens (1) auf der Druckseite des Wärmetauschers, während die Leitung (12) mit der Saugseite desselben verbunden ist. Der im Betrieb daher be­ stehende Differenzdruck schließt das Rückschlagventil (13).

Beim Befüllvorgang dagegen, der über den Füllbecher (8) erfol­ gen kann, ist der Raum innerhalb des linken Wasserkastens (1) zunächst drucklos. Das in den Ausgleichsbehälter (6) eingefüll­ te Kühlmittel füllt daher den Kühlmittelkreislauf und den Wär­ metauscher von unten her über die Leitung (12). In diesem Fall öffnet sich das Rückschlagventil (13) und das Kühlmittel kann bis zu dem gewünschten Niveau eingefüllt werden, das dann wäh­ rend des Betriebes auf den Spiegel (11) absinkt. Eine Verbin­ dungsleitung (14) im Bereich der höchsten Stelle des Wasserkasten (1) zum Ausgleichsbehälter (6) sorgt dafür, daß die im Kühlmittel enthaltene Luft in den Raum des Ausgleichsbehälters eindringen kann. Der Ausgleichsbehälter befindet sich auf diese Weise in einem Nebenschluß zum Kühlmittelkreislauf. Um einen Niveauausgleich zwischen dem Ausgleichsbehälter (6) und dem Kühlmittelkreislauf bei Stillstand des Motors zu vermeiden, ist die Entlüftung (9) über das Fallrohr (10) geführt, das stets unterhalb des Kühlmittelniveaus (11) liegt. Die Entlüftung selbst kann über den Füllbecher (8) erfolgen, der mit einer entsprechenden Öffnung nach außen versehen wird.

Die Verbindungsleitung (12) kann von mehreren Rohren des Rip­ penrohrblockes (3) gebildet werden, die von dem Innenraum des Wasserkastens (1) entsprechend getrennt und nur durch das Rück­ schlagventil (13) mit diesem verbunden sind.

Die Fig. 2 zeigt eine etwas geänderte Ausführungsform, bei der der Ausgleichsbehälter (6′) nicht über die ganze Länge des Was­ serkastens (1) durchgeht, sondern nur in dessen oberen Bereich angeordnet ist. Auch hier steht der Innenraum des Ausgleichsbe­ hälters (61) über eine Verbindungsleitung (14′) mit dem Zulauf (4) des Wasserkastens (1) an seiner am höchsten gelegenen Stelle in Verbindung. Der Wasserkasten (1) bildet an dieser Stelle einen Dom (27), in den der Stutzen des Zulaufes (4) mündet. Diese Verbindungsleitung (14′) ist bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel unmittelbar mit dem Fallrohr (10′) versehen und mit einem weiteren Verlängerungsstück (17), das unmittelbar zum Befüll- und/oder Entlüftungsstutzen führt. Darüber hinaus ist der Raum (20), in dem das Fallrohr (10′) mündet, das in diesem Fall auch den Anteil des Kühlmittels führt, der im Nebenstrom zum Kühlmittelkreislauf durch den Ausgleichsbehälter (6′) führt, durch eine Umlenk- oder Ablenkwand (16) gegenüber einem weiteren Raumabschnitt (18) abgeteilt. Dieser Raum (18) enthält weitgehend beruhigtes Kühlmittel und ist über einen Anschluß­ kanal (19), der nach oben weitgehend gegenüber dem Raum (20) abgedeckt ist, in dem die Entlüftung eintritt, mit dem Verbindungsrohr (15) zu den Rohren (12) verbunden, die zur Saug­ seite führen. Die eingezeichneten Pfeile (21) kennzeichnen den Hauptkühlmittelstrom durch den Rippenrohrblock (3). Die Pfeile (22) kennzeichnen den Nebenstrom durch den Ausgleichsbehälter.

Dabei wird der Innenraum des Wasserkastens (1) vom Ausgleichs­ behälter (6′) durch eine Trennwand (28) abgeteilt und zur Seite der Kühlrohre (3) hin durch einen separaten Rohrboden (1′) ver­ schlossen. Der Wasserkasten (1) bildet nach oben hin, d. h. oberhalb der obersten Rohrreihen des Querstromkühlers den Dom (27), der die am höchsten gelegene Stelle des Kühlkreislaufes bildet. Dieser Dom (27) sowie der Innenraum (20 bzw. 18) des Ausgleichsbehälters (6′) werden gemeinsam durch den Deckel (26) verschlossen.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Befüllung über den Einfüll- und Entlüftungsstutzen (8′) erfolgen. Dabei kann wahl­ weise eine Entlüftung des Innenraumes des Wasserkastens (1) über eine Entlüftungsschraube (23) vorgesehen werden. Möglich wäre es aber auch, auf die Entlüftungsschraube (23) zu verzich­ ten und die Entlüftung beim Einfüllvorgang über das Verbin­ dungsstück (17) erfolgen zu lassen, das bei abgehobenem Befüll­ deckel (8′) geöffnet, während des Betriebes aber durch den Be­ fülldeckel (8) geschlossen ist. Während des Betriebes kann die laufende Entlüftung aus dem Ausgleichsbehälter (6′) durch die­ sen Befüll- und Entlüftungsdeckel (8′) erfolgen, der in bekann­ ter Weise entsprechend ausgebildet ist. Auch bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel öffnet sich das Rückschlagventil (13) beim Be­ füllvorgang, bleibt aber während des Betriebes geschlossen.

Die Fig. 3 zeigt, daß die Zuordnung des Ausgleichsbehälters (6) zu dem Motor (24) so vorgenommen worden ist, daß der Kühlerein­ tritt (4) um die Höhe (Δh) höher angeordnet ist als der Kühl­ mittelaustritt (25) des Motors (24). Dadurch kann beim Befüll­ vorgang die im Block des Motors (24) stehende Luft schnell zur höchstens Stelle hin entweichen und über die vorher in Fig. 2 gezeigte Entlüftungsschraube (23) oder über die offene Mündung des Kanalstückes (17) entweichen.

In der praktischen Ausführungsform eines Wärmetauschers nach Fig. 2 kann in einfacher Weise vorgesehen werden, daß der Aus­ gleichsbehälter (6′) und der Wasserkasten (1) einteilig aus Kunststoff bestehen. Beide Teile werden dabei zunächst als nach oben, bzw. zur Seite hin offene Teile ausgeformt, die anschlie­ ßend durch den Deckel (26) bzw. durch den üblichen metallischen Rohrboden (1′) des Rippenrohrblockes (3) verschlossen werden. Der Deckel (26) weist auch die Öffnung für den Befüll- und Ent­ lüftungsdeckel (8′) auf. Dadurch können in einfacher Weise bei der Herstellung die für die Bildung der notwendigen Kanäle (10′, 14′, 17) und die zur Entgasung und zur Abtrennung des Ausgleichsbehälters (6) notwendigen Umlenk- und Ablenkwände (16) von oben her eingesetzt werden. Die zunächst noch offenen Kanäle werden durch das Aufschweißen des Deckels (16) geschlos­ sen und vervollständigt. Auf diese Weise kann auf aufwendige Einlegteile, wie Rohre oder Rohrbögen, verzichtet werden. Da die Verbindungsleitung (12) zur Saugseite aus einem Teil der Rohre des Rippenrohrblockes (3) bestehen kann, wird auch in diesem Teil eine besondere Ausbildung überflüssig. Es reicht daher, den Wasserkasten (1) einteilig mit dem Ausgleichsbehäl­ ter (6′) herzustellen. Eine weitere Änderung des übrigen Wärme­ tauschers ist nicht notwendig. Es ergibt sich dadurch eine äußerst kompakte Bauform für den Wärmetauscher, die auch wenig Raumbedarf hat.

Claims (7)

1. Wärmetauscher, insbesondere Querstromkühler für Brenn­ kraftmaschinen mit beidseitig eines Rippenrohrblockes (3) ange­ ordneten Wasserkästen (1, 2) und mit einem Ausgleichsbehälter (6, 6′) für das Kühlmittel, der unmittelbar neben dem mit dem Zulauf (4) versehenen, auf der Druckseite angeordneten Wasser­ kasten (1) angeordnet und mit einer Befüllöffnung versehen ist, wobei der Ausgleichsbehälter (6, 6′) mit dem Wasserkasten (1) über einen Überströmkanal (14, 14′) und über eine in den Rip­ penrohrblock (3) integrierte Saugleitung (12) mit dem auf der Saugseite angeordneten Wasserkasten (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugleitung (12) durch den untersten vom Hauptkreislauf des Kühlmittels abgetrennten Teil der Rohre des Rippenrohrblockes (3) gebildet und über eine mit einem Rückschlagventil (13) versehene Öffnung mit dem auf der Druck­ seite angeordneten Wasserkasten (1) verbunden ist, dessen Druck im Betrieb das Rückschlagventil (13) verschließt.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichsbehälter (6) mit einem Niveauausgleichsstut­ zen (9) versehen ist, dessen Eintrittsöffnung am unteren Ende eines bis unter das Flüssigkeitsniveau (11) reichenden Fallroh­ res (10) angeordnet ist.

3. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Entlüftungsstutzen in einem an sich be­ kannten Befüll- und Entlüftungsdeckel (8, 8′) angeordnet ist, der den Befüllstutzen bildet, wobei der Ausgleichsbehälter (6, 6′) über einen Verbindungskanal (14, 14′) mit der höchsten Stelle des druckseitigen Wasserkastens (1) verbunden ist, und wobei dieser Verbindungskanal (14) mit einem Abzweigast (10′) bis unter das Flüssigkeitsniveau im Ausgleichsbehälter (6′) reicht.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Ausgleichsbehälter (6′) eine Umlenk- oder Ablenkwand (16) vorgesehen ist, die den die Mündung des Abzweigastes (10′) umgebenden Raum (20) von einem zweiten Raum (18) trennt, der mit der Saugleitung (12) des Ausgleichsbehäl­ ters (6′) verbunden ist.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der druckseitige Wasserkasten (1) und der Ausgleichsbehälter (6′) einstückig, insbesondere aus Kunststoff ausgebildet sind und als nach oben und/oder zur Seite offene Formteile ausgebildet sind, die durch einen gemeinsamen, insbe­ sondere aufschweißbaren Deckel (26) bzw. durch einen Rohrboden (1′) verschließbar sind.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichsbehälter (6′) sich nur über einen Teil der Länge des Wasserkastens (1) erstreckt.

7. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der anströmseitige Wasserkasten (1) einen Dom (27) aufweist, der geodätisch oberhalb der obersten Rohrreihe des Querstromkühlers angeordnet ist und den Zulauf (4) aufnimmt.