EP1616144B1 - Ladeluftkühler - Google Patents

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EP1616144B1
EP1616144B1 EP04725936A EP04725936A EP1616144B1 EP 1616144 B1 EP1616144 B1 EP 1616144B1 EP 04725936 A EP04725936 A EP 04725936A EP 04725936 A EP04725936 A EP 04725936A EP 1616144 B1 EP1616144 B1 EP 1616144B1
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EP
European Patent Office
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air cooler
tie
bar
plastic
hollow space
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EP04725936A
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English (en)
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EP1616144A1 (de
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Georg Kämmler
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Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/06—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material
    • F28F21/067—Details
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2225/00—Reinforcing means
    • F28F2225/08—Reinforcing means for header boxes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2255/00—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
    • F28F2255/14—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes molded
    • F28F2255/143—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes molded injection molded

Definitions

  • the invention relates to a charge air cooler with a collection box made of plastic for a motor vehicle, according to the preamble of claim 1.
  • From the EP 0 280 107 is a water-air cooler with plastic water boxes and a set up on the upper water tank expansion tank made of plastic known.
  • the attachment of the expansion tank on the water tank is carried out by mutually correspondingly formed connecting pin with latching hooks and eyelets, which are respectively associated with the expansion tank and the water tank.
  • the heat exchanger device has a head element with a hollow body, wherein the hollow body is formed from cast metal or from welded steel components.
  • a heat exchanger tank is known for connection to a head part and at least one pull rod.
  • a plastic collecting tank for a heat exchanger with pipes which has at least one bridge element.
  • the heat exchanger is made of cast iron and has bolts of steel, which are heated and then inserted into passages and provided with nuts on both sides. After screwing nuts nuts are cooled down.
  • the tie rod which is formed integrally with the collection box made of plastic, on a continuous, open on both sides, cavity.
  • This is preferably produced in one operation with the production of the remaining header tank, in particular by injection molding.
  • it can be provided an insert, which is inserted in particular before injection molding in the tool.
  • it is also possible to insert the tie rod in injected openings and then to weld, whereby a cohesive connection is possible.
  • the cavity of a temperature for example cooling of the tie rod, which is exposed under certain circumstances high temperatures.
  • the cavity is formed continuously in a pulling direction of the tie rod.
  • the cavity is formed by a tube arranged in the tie rod, in particular with a substantially circular or oval cross section.
  • a plurality of thin tubes can be arranged side by side, separated or formed in one piece.
  • deposits in the tie rod are possible, e.g. Metal inserts, metal strips, fiber material inserts, fiber material tapes and / or fibers, wherein the fiber materials or the fibers are in particular glass or carbon fibers. These inserts serve to reinforce the tie rod (e.g., glass fibers) as well as additional heat dissipation (e.g., copper wires or foils).
  • a sheath with a plastic is provided. This is especially true for the variant in which the tie rod is inserted and welded after injection molding. Due to the plastic sheath, which consists in particular of a plastic material that can be easily connected to the plastic material of the charge air or coolant box, a very good, preferably cohesive connection of the plastic materials is possible.
  • a collecting tank of the intercooler according to the invention consists of reinforced with glass fibers polyamide with tie rods, which have an insert made of a fiberglass tape.
  • a granulated polyamide containing glass fibers in granular form is added with a chemical, exothermic or endothermic blowing agent in granular form, the blowing agent being coated with polyethylene, the granules being mixed together and fed to an injection molding machine.
  • This plastic plastic material is filled in an injection mold, in the reinforcing elements, in this case tubular arranged glass fibers, which are coated with polyamide, automatically inserted at the points where tie rods are provided.
  • the reinforcing element is formed so stable that the cavity is not destroyed in the interior during the injection molding. Due to high temperatures, the blowing agent reacts with release of heat energy to form CO 2 .
  • the blowing agent or the resulting CO 2 causes a faster filling of the injection molding tool, since a smaller volume shrinkage of the plastic mass occurs during cooling, so that no or only a minimal amount of plasticized plastic mass to compensate for the volume shrinkage must be postponed.
  • the injected polyamide combines cohesively with the polyamide of the glass fiber casing, so that integrally formed in the collection box tie rods are formed, which are reinforced with glass fibers according to the requirements.
  • the plastic mass remains filled until the mold and a certain crystallization and relaxation is done. Subsequently, the injection mold is opened, removed the collection box and immediately a tenter used to prevent collapse of the header. According to this procedure, the collecting tank has when removing a surface temperature of about 120 ° C. In this case, the clamping frame can be cooled.
  • a rubber cord seal is placed around an aluminum box bottom, which removes the tensioning frame from the coolant box, as quickly as possible, i. within approx. 30-60 seconds, place the coolant box on the aluminum box bottom with rubber-band gasket and press in a press.
  • a charge air box thin metal tubes, which are provided for strengthening and cooling of the tie rods inserted and poured into the injection mold, wherein the ends of the metal tube protrude from the mold, so that later connecting to a coolant circuit is possible.
  • the coolant radiator is usually arranged close to the charge air box and therefore only small changes for a region-wise, that is in the region of the tie rods, cooled charge air box is required.
  • tie rod is injected together with continuous cavity directly in one operation, without deposits are provided.
  • the FIG. 1 shows a charge air cooler 1 with a tube-fin block 2 in which the individual pipes, not shown, connected with interposed corrugated fins, such as soldered, are. Side of the tube-rib block 2 side parts 3,4 are arranged.
  • the tubes of the tube-fin block 2 are fluidly connected to header tanks 5, 6, so that the charge air flowing into the header tank 5 via the nozzle 7 flows through part of the tubes of the tube-fin block to the second header tank 6 and from there over a further part of the tubes flows back to the first collection box and can flow out of there through the nozzle.
  • FIG. 2 shows a section through a collecting box 5 with a tube bottom 5a and a lid 5b.
  • a connecting piece 7, 8 is arranged, which, however, is not visible in this illustration.
  • a tie rod 10 is arranged between a front wall of the cover of the collecting tank and a rear wall of the cover of the collecting tank. This tie rod is hollow.
  • FIG. 3 shows a collection box in the region of the nozzle 7 in section. In this case, the tube bottom 5a and the tie rod 10 can be seen.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einer Ladeluftkühler mit einem Sammelkasten aus Kunststoff für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Herkömmliche, spritzgegossene Kunststoff-Ladeluftkästen, die hohen Beanspruchungen, nämlich hohen Temperaturen und hohen Drücken, ausgesetzt sind, sind häufig in Bereichen mit besonders hohen Beanspruchungen mit Zugankern ausgestaltet, die eine Verbindung von einer zur anderen Wand des Ladeluftkastens bilden. Diese werden in der Regel bei der Herstellungsform berücksichtigt und gleich mit dem Ladeluftkasten aus dem gleichen Material spritzgegossen. Ein derartiger Ladeluftkasten lässt jedoch noch Wünsche offen.
  • So ist aus der EP 0 641 985 B1 ein Wärmetauscherbehälter mit mehreren getrennt vom Wärmetauscherbehälter ausgebildeten und in Vertiefungen, die sich zwischen gegenüberliegenden Wänden des Wärmetauscherbehälters erstrecken, nach der Fertigstellung des Wärmetauscherbehälters eingesetzte Versteifungsstreben bekannt. Hierbei ist jedoch die Herstellung relativ aufwändig, so dass auch ein solcher Wärmetauscherbehälter noch Wünsche offen lässt.
  • Aus der EP 0 280 107 ist ein Wasser-Luft-Kühler mit Kunststoffwasserkästen und einem auf den oberen Wasserkasten aufgesetzen Ausgleichsbehälter aus Kunststoff bekannt. Die Befestigung des Ausgleichsbehälters auf dem Wasserkasten erfolgt durch zueinander korrespondierend ausgebildete Verbindungszapfen mit Rasthaken und Ösen, die jeweils dem Ausgleichsbehälter und dem Wasserkasten zugeordnet sind.
  • Aus der GB 844,466 ist eine Wärmetauschervorrichtung bekannt. Die Wärmetauschervorrichtung weist ein Kopfelement mit einem Hohlkörper auf, wobei der Hohlkörper aus Metallguss oder aus miteinander verschweißten Stahlkomponenten ausgebildet ist.
  • Aus der US 5,351,751 ist ein Wärmetauschertank zur Verbindung mit einem Kopfteil und zumindest einer Zugstange bekannt.
  • Aus der FR 2 614 980 ist ein Sammelkasten aus Plastik für einen Wärmetauscher mit Rohren bekannt, der zumindest ein Brückenelement aufweist.
  • Aus der US 2,559,256 ist ein Wärmetauscher mit Verstärkungselementen bekannt. Der Wärmetauscher ist aus Gußeisen ausgebildet und weist Bolzen aus Stahl auf, die erwärmt und anschließend in Durchgänge eingesetzt und auf beiden Seiten mit Muttern versehen werden. Nach dem Aufschrauben der Muttern kühlen die Bolzen ab.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Ladeluftkühler zur Verfügung zu stellen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Ladeluftkühler mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Erfindungsgemäß weist der Zuganker, der einstückig mit dem Sammelkasten aus Kunststoff ausgebildet ist, einen durchgehenden, auf beiden Seiten offenen, Hohlraum auf. Dieser wird bevorzugt in einem Arbeitsgang mit der Herstellung des restlichen Sammelkastens hergestellt, insbesondere mittels Spritzgießen. Alternativ kann eine Einlage vorgesehen sein, die insbesondere vor dem Spritzgießen in das Werkzeug eingelegt wird. Prinzipiell ist es auch möglich den Zuganker in mitgespritzte Öffnungen einzuschieben und anschließend zu verschweißen, wodurch auch eine stoffschlüssige Verbindung möglich ist. Dabei dient der Hohlraum einer Temperierung, beispielsweise Kühlung des Zugankers, der unter Umständen hohen Temperaturen ausgesetzt ist.
  • Der Hohlraum ist in einer Zugrichtung des Zugankers durchgehend ausgebildet.
  • Besonders bevorzugt erfolgt eine Durchleitung eines Kühlmittels durch den Hohlraum, wobei es sich auch um Umgebungsluft handeln kann, da so die Material-Temperaturen in den am stärksten belasteten Bereichen gezielt abgesenkt werden können. Somit wird die oxidative Alterung des Kunststoffes verlangsamt, wodurch die Lebensdauer steigt. Ferner können auch billigere Kunststoffe verwendet werden oder aber die Verwendung von Kunststoffen anstelle von Aluminium wird in bestimmten Fällen überhaupt erst möglich. Vorzugsweise wird der Hohlraum durch ein in dem Zuganker angeordnetes Rohr gebildet, insbesondere mit einem im wesentlichen kreisförmigen oder ovalen Querschnitt. Dabei können auch mehrere dünne Röhrchen nebeneinander angeordnet sein, getrennt oder einstückig ausgebildet.
  • Ferner sind Einlagen im Zuganker möglich, z.B. Metalleinlegeteile, Metallbänder, Faserwerkstoff-Einlegeteile, Faserwerkstoff-Bänder und/oder Fasern, wobei es sich bei den Faserwerkstoffen beziehungsweise bei den Fasern insbesondere um Glas- oder Kohlefasern handelt. Diese Einlagen dienen sowohl der Verstärkung des Zugankers (z.B. Glasfasern) als auch der zusätzlichen Wärmeableitung (z.B. Kupferdrähte oder -folien). Vorzugsweise ist eine Ummantelung mit einem Kunststoff vorgesehen. Dies gilt insbesondere für die Variante, bei der der Zuganker nach dem Spritzgießen eingeschoben und verschweißt wird. Durch die Kunststoff-Ummantelung, die insbesondere aus einem Kunststoff-Material besteht, das sich mit dem Kunststoff-Material des Ladeluft- oder Kühlmittelkastens problemlos verbinden lässt, ist eine sehr gute, bevorzugt stoffschlüssige Verbindung der Kunststoff-Materialien möglich.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand dreier Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert.
  • Ein Sammelkasten des erfindungsgemäßen Ladeluftkühlers besteht aus mit Glasfasern verstärktem Polyamid mit Zugankern, die einen Einsatz aus einem Glasfaserband aufweisen. Zur Herstellung des Sammelkastens wird einem in Granulatform vorliegenden, mit Glasfasern versetzten Polyamid zur Beschleunigung der Kristallisation ein chemisches, exotherm oder endotherm wirkendes Treibmittel in Granulatform zugegeben, wobei das Treibmittel mit Polyäthylen ummantelt ist, die Granulate miteinander vermischt und einer Spritzgießmaschine zugeführt.
  • In einer Schnecke der Spritzgießmaschine erfolgt auf bekannte Weise eine Plastifizierung der Granulate zu einer Kunststoffmasse infolge von Wärme (240-290°C) und des Druckes. Diese plastische Kunststoffmasse wird in ein Spritzgusswerkzeug gefüllt, in das verstärkende Elemente, vorliegend rohrförmig angeordnete Glasfasern, die mit Polyamid ummantelt sind, an den Stellen, an denen Zuganker vorgesehen sind, automatisch eingelegt. Hierbei ist das verstärkende Element so stabil ausgebildet, dass der Hohlraum im Inneren während dem Spritzgießen nicht zerstört wird. Aufgrund hohen Temperaturen reagiert das Treibmittel unter Abgabe von Wärmeenergie unter Bildung von CO2. Das Treibmittel bzw. das entstandene CO2 bewirkt ein schnelleres Ausfüllen des Spritzgusswerkzeuges, da ein geringerer Volumenschwund der Kunststoffmasse beim Abkühlen auftritt, so dass keine oder nur eine minimale Menge plastifizierter Kunststoffmasse zum Ausgleich des Volumenschwunds nachgeschoben werden muss. Das eingespritzte Polyamid verbindet sich stoffschlüssig mit dem Polyamid der Glasfaserummantelung, so dass einstückig in den Sammelkasten integrierte Zuganker ausgebildet sind, die mit Glasfasern entsprechend den Anforderungen verstärkt sind.
  • Im Spritzgusswerkzeug verbleibt die Kunststoffmasse bis die Form ausgefüllt und eine gewisse Kristallisation und Relaxation erfolgt ist. Anschließend wird das Spritzgusswerkzeug geöffnet, der Sammelkasten entnommen und sofort ein Spannrahmen eingesetzt, um ein Einfallen des Sammelkastens zu verhindern. Gemäß diesem Verfahren hat der Sammelkasten bei der Entnahme eine Oberflächentemperatur von ca. 120°C. Dabei kann der Spannrahmen gekühlt werden.
  • Zur Weiterverarbeitung wird um einen Aluminium-Kastenboden eine Gummischnur-Dichtung gelegt, der Spannrahmen aus dem Kühlmittelkasten entfernt, möglichst schnell, d.h. innerhalb von ca. 30-60 Sekunden, der Kühlmittelkasten auf den Aluminium-Kastenboden mit Gummischnur-Dichtung gelegt und in einer Presse verpresst.
  • Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel werden für einen Ladeluftkasten dünne Metallröhrchen, die zur Verstärkung und Kühlung der Zuganker vorgesehen sind, in das Spritzgusswerkzeug eingelegt und eingegossen, wobei die Enden der Metallröhrchen aus der Form ragen, so dass später ein Anschließen an einen Kühlmittelkreislauf möglich ist. Der Kühlmittelkühler ist in der Regel nahe dem Ladeluftkasten angeordnet und daher sind nur geringe Änderungen für einen bereichsweise, das heißt im Bereich der Zuganker, gekühlten Ladeluftkasten erforderlich.
  • Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel wird der Zuganker mitsamt durchgehendem Hohlraum direkt in einem Arbeitsgang gespritzt, ohne dass Einlagen vorgesehen sind.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigen:
    • Fig. 1
    eine perspektivische Darstellung eines Wärmeübertragers,
    Fig. 2
    einen teilweisen Schnitt durch einen Sammelkasten und
    Fig. 3
    einen Schnitt durch einen Sammelkasten.
  • Die Figur 1 zeigt einen Ladeluftkühler 1 mit einem Rohr-Rippen-Block 2 bei welchem die einzelnen nicht dargestellten Rohre mit dazwischen angeordneten Wellrippen verbunden, wie beispielsweise verlötet, sind. Seitlich des Rohr-Rippen-Blocks 2 sind Seitenteile 3,4 angeordnet. Die Rohre des Rohr-Rippen-Blocks 2 sind mit Sammelkästen 5,6 fluidverbunden, so daß das in den einen Sammelkasten 5 über den Stutzen 7 einströmende Ladeluft durch einen Teil der Rohre des Rohr-Rippen-Blocks zu dem zweiten Sammelkasten 6 strömt und von dort über einen weiteren Teil der Rohre zurück zu dem ersten Sammelkasten strömt und von dort durch den Stutzen ausströmen kann.
  • Die Figur 2 zeigt einen Schnitt durch einen Sammelkasten 5 mit einem Rohrboden 5a und einem Deckel 5b. Im Bereich der glockenförmigen Kontur ist ein Stutzen 7,8 angeordnet, der jedoch in dieser Darstellung nicht sichtbar ist. Zwischen einer vorderen Wand des Deckels des Sammelkastens und einer rückwärtigen Wand des Deckels des Sammelkastens ist ein Zuganker 10 angeordnet. Dieser Zuganker ist hohl ausgebildet.
  • Die Figur 3 zeigt einen Sammelkasten im Bereich des Stutzens 7 im Schnitt. Dabei ist der Rohrboden 5a und der Zuganker 10 zu erkennen.

Claims (6)

  1. Ladeluftkühler für ein Kraftfahrzeug mit Wärmeübertragungsrohren, die in zumindest einen Sammelkasten münden, wobei der Sammelkasten, aus Kunststoff besteht und mindestens einen Zuganker aufweist, der im Bereich eines Stutzens (7, 8) des zumindest einen Sammelkastens angeordnet, in den Sammelkasten integriert und mit diesem einstückig ausgebildet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Zuganker mindestens einen in einer Zugrichtung des Zugankers durchgehenden Hohlraum zur Kühlung des Zugankers aufweist und der Hohlraum an zwei gegenüberliegenden Seiten des Zugankers offen ist.
  2. Ladeluftkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Einlage im Zuganker vorgesehen ist, die den Hohlraum definiert.
  3. Ladeluftkühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Einlage ein Rohr ist.
  4. Ladeluftkühler nach einem Ansprüche 2 oder 3-4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ummantelung einer Einlage mit einem Kunststoff vorgesehen ist.
  5. Ladeluftkühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum von einem Fluid durchströmbar ausgebildet ist.
  6. Ladeluftkühler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer oder beiden Seiten des Hohlraums Anschlüsse für eine Fluidzuleitung und eine Fluidableitung vorgesehen sind.
EP04725936A 2003-04-10 2004-04-06 Ladeluftkühler Expired - Lifetime EP1616144B1 (de)

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