[0001] Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscherblock, insbesondere für Off - Highway -
Kraftfahrzeuge, bestehend aus mehreren Wärmetauschern mit je zwei Sammelkästen, die
Schmal - und Längswände besitzen, und mit zwischen den Sammelkästen angeordneten Flachrohren
und Wellrippen, wobei die Wärmetauscher im Bereich der Schmalwände ihrer Sammelkästen
mittels eines Befestigungsorgans, das sich durch übereinstimmende Bohrungen erstreckt,
lösbar verbunden sind.
[0002] Ein Wärmetauscherblock ist beispielsweise aus der europäischen Patentanmeldung 0
515 924 A1 bekannt. Die Wärmetauscher des Blocks sind in nicht näher dargestellter
Weise miteinander verschraubt. Der Sammelkasten für den Kühlmittelkühler ist im Sammelkasten
für den Ölkühler integriert. Ein lösbar zusammengefügter Wärmetauscherblock ist von
Vorteil, weil die lösbare Verbindung der Wärmetauscher relativ stabil sein kann und
weil deshalb keine weiteren Rahmenteile, Schienen oder dergleichen, zur Verbindung
der Wärmetauscher erforderlich sind. Es scheint jedoch schwierig zu werden, wenn dieser
Wärmetauscherblock je nach Einsatzfall aus Wärmetauschern verschiedener Größe, Konfiguration
und Zweckbestimmung zusammenzufügen ist.
[0003] Weiterer Stand der Technik wurde in der DE 4 009 726 A1 und auch in der DE 195 09
654 A1 veröffentlicht. In dem zuletzt genannten Dokument ist vorgesehen, den verschiedenen
Wärmetauschern zwei gemeinsame, also einstückige Sammelkästen zuzuordnen, was für
in ihrer Größe nicht zu verändernde Wärmetauscher vorteilhaft ist, jedoch offenkundig
ebenfalls Probleme bereitet, wenn der Wärmetauscherblock aus Wärmetauschern unterschiedlicher
Größe zusammengefügt werden soll, um einem bestimmten anderen Einsatzfall zu entsprechen.
Ferner scheinen die Wärmetauscher aus diesem Dokument thermisch nicht voneinander
getrennt zu sein, weshalb Wärme des einen Wärmetauschers leicht auf den benachbarten
Wärmetauscher übergehen kann, was in vielen Fällen nicht erwünscht ist.
[0004] In der US 2 505 790, aus dem Jahre 1946, ist ein Wärmetauscherblock, bestehend aus
einem Wasserkühler und einem Ölkühler, beschrieben worden, die dort im Bereich der
Schmalseiten der Sammelkästen entweder mittels Schrauben - also lösbar - verbunden
sind oder die Schmalseiten der Sammelkästen sind unlösbar verbunden. In einer dritten
dort gezeigten Variante sind zwei Sammelkästen als ein einziges Teil zusammengefaßt
worden, das lösbar am Rohrboden befestigt wurde.
[0005] Dieser Wärmetauscherblock weist scheinbar die meisten Übereinstimmungen auf, weshalb
der einleitend aufgeführte Oberbegriff davon abgeleitet wurde. Die Schrauben erstrecken
sich bei der zuerst genannten Variante durch in hervorspringenden Absätzen angeordneten
Bohrungen. In dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Fall ist ein profilierter Träger als
Einzelteil zwischen den Schmalseiten der Sammelkästen angeordnet, der sich zwischen
den gegenüberliegenden Sammelkästen erstreckt und der zusätzlich an den Längswänden
der Sammelkästen angeschraubt ist. Die konstruktive Ausführung der Verbindung scheint
aufwendig und nicht mehr zeitgemäß zu sein. Der profilierte Träger behindert die Entwicklung
einer standardisierten Verbindungstechnik.
[0006] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Wärmetauscherblock so auszubilden, dass
mit lediglich geringem Änderungsaufwand seine Universalität bezüglich der Verwendung
für Kraftfahrzeuge mit durch unterschiedliche Anforderungen erforderliche unterschiedliche
Größen der Wärmetauscher verbessert wird, ohne seine kompakte Ausbildung einzubüßen.
[0007] Die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich bei dem Wärmetauscherblock gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 aus den Merkmalen in seinem Kennzeichen.
[0008] Es wird vorgeschlagen, dass wenigstens zwei korrespondierende Schmalwände bzw. -seiten
der Sammelkästen eine Abstufung besitzen, dass die Abstufung aus einem vorspringenden
Teil und einem zurückspringenden Teil besteht, dass die Abstufung der Schmalseite
eines Sammelkastens mit der Abstufung der Schmalseite des benachbarten Sammelkastens
zusammenpasst, dass im vorspringenden Teil eines Sammelkastens und im vorspringenden
Teil des benachbarten Sammelkastens jeweils eine Bohrung angebracht ist, wovon wenigstens
eine als Durchgangsbohrung ausgebildet ist, und dass die Bohrungen derart fluchten,
dass sie ein Befestigungsorgan aufnehmen können. Ferner sind in den Längswänden der
Sammelkästen wenigstens eines Wärmetauschers Mittel zur Befestigung einer Ventilatorhaube
vorgesehen. Außerdem können dort Halterungen für die Lagerung des Ventilators befestigt
werden. Im einfachsten Fall sind für die beschriebenen Zwecke Gewindebohrungen in
der Längswand vorhanden.
[0009] Die zusammenpassenden Abstufungen an den Schmalseiten der Sammelkästen gewährleisten
das Zusammenfügen von unterschiedlichen Wärmetauschern, die zwar bezüglich ihrer Rohrlänge
etwa gleich groß sein sollten jedoch hinsichtlich der Blocktiefe und insbesondere
der Blockhöhe verschiedene Größe aufweisen können. Die Erfindung stellt somit ein
in gewisser Weise standardisierbares System zur Verfügung, mit dem die Kosten der
Herstellung von Wärmetauscherblöcken für ganz unterschiedliche Anwendungen gering
gehalten werden können. Weil keine Tragrahmen oder ähnliche Befestigungsschienen notwendig
sind, ist der Wärmetauscherblock äußerst kompakt und raumsparend ausgebildet.
[0010] Zwischen den Flachrohren und Wellrippen eines Wärmetauschern und den Flachrohren
und Wellrippen des benachbarten Wärmetauschers ist eine Zwischeneinlage aus einem
Werkstoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit eingefügt. Dadurch wird die gegenseitige
thermische Beeinflussung der Wärmetauscher minimiert.
[0011] Als vorteilhaft wird ferner angesehen, dass sich das Befestigungsorgan über die gesamte
Schmalseite der beiden Sammelkästen erstreckt und dass beide Bohrungen Durchgangsbohrungen
sind, die als Langlöcher ausgebildet sind, deren
[0012] Längsachsen quer zueinander angeordnet sind. Dadurch wird die Montage der Wärmetauscher
zum Wärmetauscherblock erleichtert. Die Kosten für die Herstellung der Wärmetauscher
können reduziert werden, weil die Forderungen an die Genauigkeit (Toleranzen) nicht
besonders hoch sein müssen.
[0013] Der Wärmetauscherblock ist bevorzugt als Querstrom-Wärmetauscherblock ausgebildet
ist, bei dem die Sammelkästen auf zwei vertikalen Fluchten angeordnet sind. Dabei
sind die Abstufungen so ausgebildet und die Durchgangsbohrungen so angebracht sind,
dass sich das Befestigungsorgan jeweils in Blocktiefenrichtung erstrecken kann. Insbesondere
befindet sich die Stufe der Abstufung parallel zu einer vertikalen Ebene, die von
den Flachrohren und Wellrippen der Wärmetauscher gebildet wird. Die Wärmetauscher
des Wärmetauscherblocks sind mit ihren Sammelkästen zumindest in einer gemeinsamen
vertikalen Ebene angeordnet, um eine Ventilatorhaube günstig an den Sammelkästen anbringen
zu können.
[0014] Andere korrespondierende Schmalwände der Anordnung können als formschlüssige Verbindung
ohne separates Befestigungsorgan ausgebildet sein.
[0015] Bei noch anderen korrespondierenden Schmalwänden können flache Flansche an den Schmalwänden
einfach zusammengefügt und mittels einer Schraubverbindung, die als Schiebesitzverbindung
ausgebildet ist, verbunden sein.
[0016] Im Folgenden wird die Erfindung in Ausführungsbeispielen beschrieben. In der Beschreibung
können Merkmale und Wirkungen genannt sein, die sich als besonders bemerkenswert herausstellen
können, auch wenn sie vorstehend nicht erwähnt wurden.
[0017] Die Figuren zeigen:
- Fig. 1
- Gesamtansicht eines Wärmetauscherblocks;
- Fig. 2
- Explosionsdarstellung eines Ausschnittes aus einem Wärmetauscherblock;
- Fig. 3
- eine Einzelheit aus Fig. 2;
- Fig. 4
- andere Einzelheit aus Fig. 2;
- Fig. 5, 6
- weitere Einzelheiten;
- Fig. 7
- Explosionsdarstellung eines Ausschnittes aus einem Wärmetauscherblock in einem zweiten
Ausführungsbeispiel;
- Fig. 8, 9
- drittes Ausführungsbeispiel in einer perspektivischen Ansicht.
[0018] Die Figuren zeigen einen Wärmetauscherblock für Kraftfahrzeuge im Off-Highway - Bereich,
wie z. B. für eine Baumaschine oder für eine Landmaschine.
[0019] Die Sammelkästen
4; 5 sind Aluminiumgusserzeugnisse. Es müssen jedoch nicht alle Sammelkästen des Blocks
als Gussteile ausgebildet sein. Die benachbarten, korrespondierenden Schmalwände
6 der beiden Sammelkästen
4 der beiden Wärmetauscher
2, 3 besitzen eine Abstufung
13.
[0020] Diese Abstufung
13 der Schmalseite
6 eines Sammelkastens
4 passt mit der Abstufung
13 an der Schmalseite
6 des benachbarten Sammelkastens
4 formschlüssig zusammen. Die Bohrungen
9 sind in den vorspringenden Teilen
13a beider Abstufungen
13 angebracht. In diesen Bohrungen
9 ist ein Befestigungsorgan
8 angeordnet. Im Unterschied zum vorne beschriebenen Stand der Technik ist die Abstufung
13 weiterhin so ausgebildet, dass sie nicht über die äußere Kontur der Sammelkästen
und damit des Blocks übersteht. In der Längswand
7 der Sammelkästen wenigstens eines Wärmetauschers sind Mittel
70 zur Befestigung einer Ventilatorhaube
20 angeordnet. Vorzugsweise liegen die Längswände
7 in einer gemeinsamen vertikalen Ebene, um die Ventilatorhaube
20 einfacher gestalten zu können, oder um auf das Vorsehen von Ausgleichsstücken verzichten
zu können. Diese vertikale Ebene, in der die Ventilatorhaube
20 am Wärmetauscherblock befestigt ist, ist im gezeigten Ausführungsbeispiel die - in
Fahrtrichtung - vorwärts, des nicht gezeigten Fahrzeuges gesehen - hintere Ebene.
Ein eventuell erforderlicher Ausgleich, der durch unterschiedlich tiefe Wärmetauscher
1, 2, 3 vorhanden sein kann, wird demzufolge vorzugsweise an der Vorderseite des Wärmetauscherblocks
vorgenommen werden. In der Fig. 2 sind die erwähnten Mittel
70 zur Befestigung als einfache Gewindebohrungen ausgebildet, die außerdem auch noch
am Rand der Seitenteile
80 des oberen und unteren Wärmetauschers
1, 3 vorgesehen sind. (Schrauben nicht gezeigt)
[0021] Ferner sind an den Längswänden
7 der Sammelkästen weitere Gewindebohrungen (Mittel
35) vorhanden, die, in Verbindung mit Schrauben, der Befestigung der Haltearme
25 dienen. Die Haltearme
25 tragen eine Flanschplatte
30, an der ein nicht gezeigter Ventilator zu befestigen ist. Der untere Haltearm
25 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein U - förmig gebogenes Rohr während der obere
Haltearm lediglich L - förmig gebogen ist. In nicht gezeigten Ausführungen können
die Mittel
35 gleichzeitig als Mittel
70 nutzbar gemacht werden, so dass auf eines der Mittel verzichtet werden kann. Je nach
Einsatzfall könnten die Halterame
25 auch mittels der Befestigungsorgane
8 befestigt werden, so dass den Befestigungsorganen
8 eine zusätzliche Funktion zugewiesen wird, was zum Entfall von separaten Befestigungsmitteln
35 für die Haltearme
25 führt.
[0022] Die Figuren 2 - 6 zeigen die Einzelheiten der Verbindung der Wärmetauscher des Blocks
gemäß Fig. 1. Danach ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Abstufung
13 mit einem vorspringenden Teil
13a lediglich zur Verbindung der Sammelkästen des mittleren mit den Sammelkästen des
unteren Wärmetauschers vorgesehen. Der mittlere Wärmetauscher ist hingegen mit dem
oberen Wärmetauscher mit einer anderen lösbaren Verbindung ausgestattet, die an der
Schmalseite
16 der Sammelkästen jeweils einen Flansch
40 aufweist, in dem ebenfalls Bohrungen angeordnet sind, um ein Befestigungsorgan
50 einbringen zu können. Dieses Befestigungsorgan
50 ist als sogenannter Schiebesitz ausgebildet, um durch Temperaturunterschiede verursachte
Längenausdehnungen zu gestatten. Diese Ausführung wird insbesondere dann gewählt,
wenn ein Wärmetauscher in einem höheren Temperaturbereich arbeitet als der benachbarte
Wärmetauscher. Oftmals trifft das für Ladeluftkühler zu. Dies wird durch die in der
Fig. 5 im Detail gezeigte Gestaltung der Schraubverbindung erreicht. Mit dieser (möglicherweise)
an sich bekannten Verbindung wird einerseits sichergestellt, dass die Anschraubkräfte
bestimmte Grenzen nicht überschreiten, um die freie Ausdehnung nicht zu behindern,
und andererseits ist die Schraubverbindung aber so fest, dass sie sich auch unter
Betriebsbedingungen nicht lockert. Mit dem Bezugszeichen
51 ist eine gewellte Unterlegscheibe vorgesehen, deren Wellung eine Federkraft zur Verfügung
stellt, ähnlich einem Federring. Der Kopf der Schraube
50 stützt sich an einer mit einem Kragen versehenen Hülse
53 ab, durch die hindurch sich der Schaft der Schraube
50 erstreckt. Unterhalb des Kragens der Hülse
53 befindet sich die erwähnte gewellte Unterlegscheibe
51. (siehe auch vergrößerte Darstellung in Fig. 3) Am anderen Ende der Schraube
50 befindet sich eine Mutter
52 wodurch beide Flansche
40 lösbar verbunden sind. Die Hülse
53 hat in Richtung des Schaftes der Schraube
50 eine Länge, die geringfügig kleiner ist als die Höhe der Wellung der Unterlegscheibe
51. Die Schraube
50 und die Mutter
52 werden zusammengeschraubt, bis die Hülse
53 am Flansch
40 zur Anlage kommt, die dadurch ein festeres Anziehen der Schraubverbindung verhindert.
In dieser Stellung ist die Wellung der Unterlegscheibe
51 in Richtung des Schaftes der Schraube
50 im elastischen Bereich komprimiert, so dass die daraus resultierende Federkraft dem
Lösen der Schraube
50 entgegenwirkt. Es ist klar, dass solche Befestigungsorgane
50 auch als Ersatz für die vorne erwähnten Befestigungsorgane
8 eingesetzt werden können.
[0023] Insbesondere aus der Fig. 2 ist zu erkennen, dass sich die Befestigungsorgane
50 in Richtung der Höhe des Wärmetauscherblocks erstrecken und die Befestigungsorgane
8 in Richtung der Tiefe des Wärmetauscherblocks, also quer zu den zuerst genannten
Befestigungsorganen
50.
[0024] Ebenfalls aus der Fig. 2, aber deutlicher aus der Fig. 4, ist zu sehen, dass die
Bohrungen
9 in den vorspringenden Teilen
13a der Abstufung
13 als Langlöcher ausgebildet sind. Beispielsweise im vorspringenden Teil
13a der Abstufung
13 des im Bild oberen Sammelkastens
4 des Wärmetauschers
2 erstreckt sich der größere Durchmesser des Langloches
9 vertikal und in der korrespondierenden Abstufung
13 der Schmalwand
6 des unteren Sammelkastens
4 des Wärmetauschers
3 horizontal. Diese Ausbildung erleichtert die Montage. Zwischen den Wärmetauschern
1, 2, 3 des Blocks befindet sich jeweils ein Zwischeneinlage
100, die die thermische Beeinflussung eines Wärmetauschers auf den benachbarten Wärmetauscher
möglichst unterbinden soll, weshalb sie aus einem Werkstoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit,
beispielsweise einem Kunststoff, besteht. Der obere
[0025] Wärmetauscher
1 ist beispielsweise ein Ladeluftkühler, der mittlere Wärmetauscher
2 kann ein Ölkühler sein und der untere Wärmetauscher
3 kann ein Kühlmittelkühler sein, die nicht unbedingt in den gleichen Temperaturbereichen
arbeiten.
[0026] In der Fig. 7 sind im Gegensatz zum vorstehend beschrieben Ausführungsbeispiel, alle
Schmalwände
6 der Sammelkästen
4 in gleicher Weise mit einer Abstufung
13, wie oben beschrieben, ausgebildet, weshalb dieses Ausführungsbeispiel möglicherweise
dann als bevorzugt angesehen werden könnte, wenn alle Wärmetauscher etwa im gleichen
Temperaturbereich arbeiten. Außerdem wird hier ein Überstand über die äußere Kontur
des Sammelkastens vollständig vermieden.
[0027] In den Fig. 8 und 9 wurde die Lösung dahingehend modifiziert, dass nur an einer Seite
des Wärmetauscherblocks die vorgeschlagene Verbindung mit Abstufungen
13 , Bohrungen
8 und Befestigungsorgan
9 in den Schmalwänden
6 gewählt wurde. An der detaillierter gezeigten anderen Seite wurden die Schmalwände
16 so ausgebildet, dass die Verbindung allein durch Formschluss erfolgen kann. Die gezeigte
formschlüssige Verbindung
90, die oft als " Schwalbenschwanz-Verbindung" bezeichnet wird, ist rein beispielhaft.
Sie könnte beispielsweise in Abhängigkeit von den vorliegenden temperaturbedingten
Längenänderungen in anderer geeigneter Weise gestaltet werden. In der Fig. 9 sind
die Flachrohre
10 und die Wellrippen
11 der Wärmetauscher deutlicher als in den anderen Figuren zu erkennen.
[0028] Der vorstehend beschriebene Wärmetauscherblock besitzt beste Funktionseigenschaften
zum Einsatz im Off - Highway - Bereich. Er ist besonders kostengünstig herstellbar,
und er kann relativ einfach modifiziert werden. Es soll nicht unerwähnt bleiben, dass
die Lagerung des Wärmetauscherblocks im Kraftfahrzeug mittels unmittelbar an den Sammelkästen
4, 5 angeordneter Dämpfer
17 vorgenommen wird, wie es beispielsweise die Fig. 1 zeigt.
1. Wärmetauscherblock, insbesondere für Off - Highway - Kraftfahrzeuge, bestehend aus
mehreren Wärmetauschern (1; 2; 3) mit je zwei Sammelkästen (4; 5), die zwei Schmal
- und zwei Längswände (6;16;7) besitzen, und mit zwischen den Sammelkästen (4; 5)
angeordneten Flachrohren (10) und Wellrippen (11), wobei die Wärmetauscher (1, 2,
3) im Bereich der Schmalwände (6;16) ihrer Sammelkästen (4, 5) mittels Befestigungsorgan
(8), das sich in übereinstimmenden Bohrungen (9) erstreckt, lösbar verbunden sind,
gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale,
wenigstens einige Sammelkästen (4; 5) sind Aluminiumgussteile;
zumindest zwei unmittelbar korrespondierende Schmalwände (6) bzw. -seiten zweier Sammelkästen
(4, 5) zweier Wärmetauscher besitzen eine Abstufung (13);
die Abstufung (13) der Schmalseite (6) eines Sammelkastens (4) eines Wärmetauschers
passt mit der Abstufung (13) an der Schmalseite (6) des benachbarten Sammelkastens
(5) des anderen Wärmetauschers zusammen;
die Bohrungen (9) sind in den vorspringenden Teilen (13a) beider Abstufungen (13)
angebracht;
in diesen Bohrungen (9) ist das Befestigungsorgan (8) angeordnet;
in einer Längswand (7) der Sammelkästen wenigstens eines Wärmetauschers sind Mittel
(70) zur Befestigung einer Ventilatorhaube (20) angeordnet.
2. Wärmetauscherblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Flachrohren (10) und Wellrippen (11) eines Wärmetauschers und den Flachrohren
(10) und Wellrippen (11) des benachbarten Wärmetauschers eine Zwischeneinlage (100)
aus einem Werkstoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit eingefügt ist.
3. Wärmetauscherblock nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich jeweils ein einziges Befestigungsorgan (8) über die gesamte Schmalseite (6)
der Sammelkästen (4) erstreckt und beide Bohrungen (9) Durchgangsbohrungen, insbesondere
Langlöcher sind, deren Längsachsen quer zueinander angeordnet sind.
4. Wärmetauscherblock nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscherblock vorzugsweise als Querstrom-Wärmetauscherblock ausgebildet
ist, bei dem die Sammelkästen auf zwei vertikalen Fluchten angeordnet sind.
5. Wärmetauscherblock nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstufungen (13) aus einem vorspringenden Teil (13a) und einem zurückspringenden
Teil (13b) bestehen, die keinen Überstand über die äußere Kontur des Sammelkastens
aufweisen, wobei die Abstufungen (13) so ausgebildet und die Durchgangsbohrungen (9)
so angebracht sind, dass sich das Befestigungsorgan (8) jeweils in Tiefenrichtung
des Blocks erstreckt.
6. Wärmetauscherblock nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre und Wellrippen der Wärmetauscher in wenigstens einer vertikalen Ebene
abschließen.
7. Wärmetauscherblock nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufe der Abstufung (13) parallel zu der erwähnten vertikalen Ebene angeordnet
ist.
8. Wärmetauscherblock nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Längswand (7) der Sammelkästen (4) wenigstens eines Wärmetauschers Mittel
(35) zur Befestigung von Haltearmen (25) zur Halterung eines Ventilators vorgesehen
sind.
9. Wärmetauscherblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei andere unmittelbar korrespondierende Schmalwände (16) mit einem Flansch
(40) ausgestattet sein können, in denen sich Bohrungen befinden, durch die jeweils
ein Befestigungsorgan (50) geführt ist, wobei die Befestigungsorgane (50) in Blockhochrichtung
angeordnet ist.
10. Wärmetauscherblock nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsorgane (50) die thermisch bedingten Längenänderungen der Wärmetauscher
des Blocks gestatten.
11. Wärmetauscherblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei andere korrespondierende Schmalwände (16) mit einer formschlüssigen Verbindung
(90) ausgestattet sein können, die kein weiteres Befestigungsorgan aufweist.