Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Kühlmit¬ telkühler für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 - bekannt durch de DE-A 100 41 122 der Anmeld erin.

Kühlmittelkühler für Kraftfahrzeuge dienen der Kühlung eines Verbren¬ nungsmotors und sind mit einem Kühlmittelkreϊslauf verbunden, der im We¬ sentlichen aus einem Kühlervorlauf bzw. Motorrücklauf, einem Kühlerrück- lauf bzw. Motorvorlauf mit Kühlmittelpumpe sowie einem Bypass mit Ther¬ mostatventil besteht. Einem solchen Kühlmittel kreislauf sind vielfach Neben¬ kreisläufe angeschlossen, z. B. für einen Ladeluftkühler oder einen Ölkühler, wobei die einzelnen Kreisläufe unterschiedliches Temperaturniveau aufwei¬ sen und daher im Kühler durch separate Kammern voneinander getrennt werden. Die Kammern sind Teil von Sammelkästen der Kühler und sind durch Trennwände voneinander abgeteilt. Beim Befüllen oder Entleeren des Kühlmittelkühlers bzw. des Kühlmittelkreislaufes sollen die einzelnen Kam¬ mern miteinander kommunizieren, damit ein schnelleres und gleichmäßiges Befüllen ohne Lufteinschlüsse und ebenso ein schnelleres Entleeren möglich ist.

In der DE-A 100 41 122 wurde daher vorgeschlagen, die einzelnen Kam¬ mern eines Sammelkastens durch einen Kanal miteinander zu verbinden, wobei jede Kammer über eine Verbindungsöffnung mit dem Kanalinneren in Fluidverbindung steht. In dem hohlzylindrischa ausgebildeten Kanal ist ein

Rohrstutzen mit Verbindungsöffnungen einsetzbar, welche in gleichen Posi¬ tionen wie die Öffnungen im Verbindungskanal angeordnet sind. Durch Dre¬ hung des Rohrstutzens um seine Längsachse können diese Öffnungen ei¬ nerseits zur Deckung gebracht werden, sodass alle Kammern miteinander kommunizieren, und andererseits durch weitere Drehung verschlossen wer¬ den. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass im geschlossenen Zustand die Abdichtung der einzelnen Kammern gegeneinander unzureichend ist, weil diese Dichtung nur über den Spalt zwischen Rohrstutzen und Kanalinnen¬ wand erfolgt. Der Spalt muss daher relativ gering gewählt werden, woraus sich wiederum relativ hohe Verstellkräfte zum Verstellen dieses Stellgliedes ergeben. Zudem ist unter Umständen der Einsatz aufwendig gestalteter Spezialdichtelemente für eine dauerhafte vollständige Dichtheit erforderlich.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmeübertrager, insbesondere Kühlmittelkühler der eingangs genannten Art derart zu verbes¬ sern, dass die Kammern bei geschlossenen Zustand des Stellgliedes hinrei¬ chend gegeneinander abgedichtet sind und mit hinreichendem Querschnitt miteinander verbindbar sind.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Er¬ findungsgemäß ist vorgesehen, dass das Stellglied als axial zwischen einer Offen- und einer Schließstellung verstellbarer Kolben ausgebildet ist und dass die Querschnitte des Verbindungskanals und des Kolbens im Bereich der Verbindungsöffnungen unterschiedlich ausgebildet sind. Der Kolben kann somit durch Axialverschiebung, welche nur geringe Verstellkräfte erfor¬ dert, in eine Ablass- bzw. Füllstellung gebracht werden, bei welcher sämtli¬ che Kammern über die Verbindungsöffnungen in dem Verbindungskanal mit einander kommunizieren. Ebenso kann der Kolben durch Axialverschiebung in die Schließstellung gebracht werden, bei welcher sämtliche Kammern ge- geneinander abgedichtet sind.

Bevorzugt sind die Querschnitte des Verbindungskanals und des Kolbens von einer ersten äußersten Verbindungsöffnung zu einer zweiten äußersten

Verbindungsöffnung abnehmend ausgebildet, wobei die erste und die zweite äußerste Verbindungsöffnung einander gegenüber liegen und gegebenen-

falls weitere Verbindungsöffnungen entlang des Verbindungskanals zwi¬ schen den äußersten Verbindungsöffnungen angeordnet sind.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Verbindungska- nal als Stufenkanal und der Kolben als Stufenkolben ausgebildet. Durch jede Stufe werden im Bereich der Verbindungsöffnungen Ringspalte gebildet, welche in der Schließstellung gegeneinander abgedichtet sind und in der Offenstellung, d. h. nach Axialverschiebung des Stufenkolbens miteinander kommunizieren. Beispielsweise weist der Kolben bei drei Verbindungsöff- nungen drei Stufen auf, die drei Ringspalte bilden, welche nach dem Zurück¬ ziehen des Stufenkolbens einen zusammenhängenden Spalt bilden. Vorteil¬ hafterweise erfolgt die Abdichtung der Ringspalte untereinander durch auf dem Stufenkolben angeordnete O-Ringe, die an der Innenwandung des Stufenkanals bei der Axialbewegung der Stufenkolben gleiten.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zumindest eine Verbindungsöff¬ nung in Axialrichtung des Kolbens angeordnet, so dass mehr Verbin¬ dungsöffnungen verbindbar sind als Ringspalte vorhanden sind. Beispiels¬ weise sind mit einem dreistufigen Kolben dann vier Verbindungsöffnungen miteinander verbindbar.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind Ab¬ schnitte des Verbindungskanals und des Kolbens konisch ausgebildet. In der Schließstellung liegt der Kolben an der konischen Innenwandung des Ver- bindungskanals an und verschließt damit die Verbindungsöffnungen - die Kammern sind somit gegeneinander abgedichtet. In der Offenstellung, die durch axiales Zurückziehen des konischen Kolbens erreicht wird, besteht zwischen Außenfläche des Kolbens und Innenfläche des Verbindungskanals ein Ringspalt, der die Verbindungsöffnungen miteinander in Fluidverbindung bringt. Damit können die Kammern miteinander kommunizieren. Vorteilhaf¬ terweise sind auf dem Umfang des Kolbens Dichtringe oder Dichtrippen an¬ geordnet, welche die Abdichtung verbessern, ohne dass dadurch die Ver¬ stellkräfte nennenswert erhöht werden. Die Konizität ist so zu wählen, dass einerseits eine gute Abdichtung und andererseits ein leichtes Lösen aus der Abdicht- bzw. Schließstellung möglich ist.

- A -

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist der Kolben, sei es ein Stufenkolben oder ein konischer Kolben, an seinem äußeren Ende einen Befestigungsabschnitt auf, der in eine entsprechende Verschlussöffnung im Sammelkasten eingesetzt wird. Vorteilhafterweise ist der Befestigungsab¬ schnitt ein Gewindeabschnitt auf dem Kolben und die Verschlussöffnung im Sammelkasten eine Gewindebohrung. Der Kolben wird somit in das Gewin¬ de eingeschraubt, wodurch gleichzeitig die erforderliche Axialbewegung für das Erreichen einer Offen- und einer Schließestellung bewirkt wird. Die Drehbewegung des Kolbens zur axialen Verstellung kann über einen Innen- sechskant auf der äußeren Stirnseite des Kolbens erfolgen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden genauer beschrieben. Es zeigen Fig. 1 einen Kühlmittelkühler,

Fig. 2 einen Sammelkasten des Kühlmittelkühlers mit mehreren

Kammern, Fig. 3 einen Schnitt durch einen stufenförmig ausgebildeten

Verbindungskanal (so genannten Stufenkanal) mit Verbindungsöffnungen,

Fig. 4 den Stufenkanal mit einem eingesetzten Stufenkolben in

Schließstellung,

Fig. 5 den Stufenkanal mit eingesetztem Stufenkolben in Offenstellung, Fig. 6 einen konisch ausgebildeten Verbindungskanal mit konischem Kolben in Schließstellung und

Fig. 7 den konisch ausgebildeten Verbindungskanal mit konischem

Kolben in Offenstellung.

Fig. 1 zeigt einen Kühlmittelkühler 1 mit einem luftgekühlten Kühlerblock 2. Der Kühlerblock 2 besteht aus Kühlrohren 3, insbesondere aus Flachrohren, zwischen denen nicht dargestellte Wellrippen angeordnet sind. Seitlich wird der Kühlerblock 2 durch Seitenteile 4 abgeschlossen. Die Kühlrohre 3 mün¬ den in einen oberen Sammel- bzw. Kühlmittelkasten 5 und einen unteren Sammel- bzw. Kühlmittelkasten 6. Der Eintritt des Kühlmittels erfolgt über einen Eintrittsstutzen 7 am oberen Sammelkasten 5, und der Austritt erfolgt

über einen Austrittsstutzen 8 am unteren Sammelkasten 6. Der Kühlmittel¬ kühler 1 ist an einen nicht dargestellten Kühlmittelkreislauf für eine Brenn¬ kraftmaschine eines Kraftfahrzeuges anschließbar und wird mit senkrecht angeordneten Kühlrohren 3 im Fahrzeug eingebaut, d. h. von oben nach unten vom Kühlmittel durchströmt. An diesen Kühlmittelkühler 1 sind weitere hier nicht dargestellte Nebenkreisläufe, beispielsweise zur Kühlung eines Ladeluftkühlers oder eines Ölkühlers anschließbar.

Fig. 2 zeigt den unteren Sammelkasten 6 ohne Kühlerblock 2 in einer Drauf- sieht, d. h. mit Blickrichtung in das Innere des Sammelkastens 6, der einen rechteckförmigen Grundriss aufweist und durch zwei Längsseiten 6a, 6b so¬ wie zwei Schmalseiten 6c, 6d begrenzt wird. Der gesamte Kasten 6 ist durch zwei Längstrennwände 9, 10 und durch eine Quertrennwand 11 in vier Kammern 12, 13, 14, 15 unterteilt. Im Bereich der Quertrennwand 11 ist ein Verbindungskanal 16 angeordnet, der vier Verbindungsöffnungen 17, 18, 19, 29 aufweist, welche mit den Kammern 12, 13, 14, 15 in Fluidverbindung ste¬ hen. Die Verbindungsöffnung 29 ist dabei stirnseitig, also in Kolbenaxial¬ richtung, an dem Verbindungskanal angeordnet. Die Kammern 12, 13 und 14 sind über Kühlmittelanschlüsse 20 und 21 mit nicht dargestellten Neben- kreisläufen verbunden.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch den Verbindungskanal 16 in der Ebene der Quertrennwand 11 in Fig. 2. Der Verbindungskanal 16 ist stufenförmig aus¬ gebildet, d. h. als Stufenkanal mit unterschiedlichen Durchmessern DO, D1 , D2, D3, wobei DO < D1 < D2 < D3. Der Verbindungskanal 16 weist somit vier zylindrische Abschnitte 22, 23, 24, 28 auf, die durch Stufen 25A, 25, 26 mit¬ einander verbunden sind. An den Abschnitt 24 schließt sich nach außen eine Gewindebohrung 27 an.

Fig. 4 zeigt einen weiteren Stufenkanal 16 mit einem eingesetzten Stufen¬ kolben 30, welcher drei zylindrische Abschnitte 31 , 32, 33, 33A mit steigen¬ den Durchmessern d1 , d2, d3, d4 aufweist. Der Kolben 30 weist endseitig einen Gewindeabschnitt 34 auf, welcher in die Gewindebohrung 27 des Ver¬ bindungskanals 16 eingeschraubt ist. Stirnseitig weist der Kolben 30 einen Flansch 35 auf, welcher als Anschlag beim Einschrauben dient. Die einzel-

nen Durchmesserabschnitte 31 , 32, 33, 33A sind über angefaste Stufen 36, 37, 38 miteinander verbunden. Auf jedem Durchmesserabschnitt 31 , 32, 33, 33A befinden sich Ringnuten 39 zur Aufnahme von Dichtringen, so genann¬ ten O-Ringen 40. Der Kolben 30 ist in der dargestellten Position bis zum An- schlag des Flansches 35 in den Stufenkanal eingeschraubt und bildet mit diesem im Bereich der Verbindungsöffnungen 17,18, 19 Ringsspalte 41 , die jedoch untereinander, zur Verbindungsöffnung 29 und zum Gewinde 34 durch Dichtringe 40 abgedichtet sind. Insofern sind die über die Verbin¬ dungsöffnungen 17, 18, 19, 29 sowie den Verbindungskanal 16, auch Ver- bindungskammer genannt, verbundenen Kammern 12, 13, 14, 15 in der ge¬ zeigten Ventilposition insbesondere gas-, flüssigkeits- und druckdicht ge¬ geneinander und nach außen zum Gewinde 34 abgedichtet.

Fig. 5 zeigt den Stufenkanal 16 mit dem Stufenkolben 30 in Offenstellung, d. h. der Kolben 30 ist durch Drehen in Folge des Gewindeabschnittes 34 axial nach rechts verschoben, der Gewindeabschnitt 34 und der Flansch 35 ste¬ hen um den Verstellweg s nach außen vor. In den Flansch 35 bzw. den Kopf des Kolbens 30 ist ein Profil 44, beispielsweise ein Innensechskant, Kreuz¬ schlitz, Außensechskant oder dergleichen eingearbeitet, sodass der Kolben 30 mittels eines Schlüssels gedreht und damit axial verschoben werden kann. Auch bei dieser ausgefahrenen Position ist der Kolben 30 nach außen durch einen Dichtring 40 abgedichtet. An den innen liegenden Kolbenab¬ schnitt 31 mit dem geringsten Durchmesser schließt sich bevorzugt ein Ver¬ ankerungsteil 45 an, welches aus zwei elastisch verformbaren Schenkeln 45a, 45b mit endseitigen Rastnasen besteht, welche einen Anschlag beim Ausfahren des Kolbens bilden. In der dargestellten Offenstellung des Kol¬ bens 30 sind die Ringsspalte 41 , 42, 43 untereinander verbunden und bilden somit einen durchgehenden Ringspalt, in welchen die Verbindungsöffnungen 17, 18, 19, 29 münden. Insofern sind die über die Verbindungsöffnungen 17, 18, 19, 29 sowie den Verbindungskanal 16 verbundenen Kammern 12, 13, 14, 15 in der gezeigten Ventilposition untereinander verbunden und nach außen zum Gewinde 34 weiterhin abgedichtet. Damit können die entspre¬ chenden Kammern miteinander kommunizieren. An den Ringspalt 41 schließt sich nach innen eine weitere Ringkammer 46 an, über welche eine Fluidverbindung mit der Kammer 15 des Sammelkastens 6 herstellbar ist.

Das Verstellen des Kolbens 30 in die Schließposition gemäß Fig. 4 erfolgt dadurch, dass der Gewindeabschnitt 34 des Kolbens 30 in das Gewindeloch 27 eingeschraubt wird. Dabei bewegt sich der Kolben 30 in der Zeichnung nach links, bis die O-Ringe 40 wieder in Kontakt mit der Innenwand des Stufenkanals 16 treten und damit wieder eine Abdichtung zwischen den ein¬ zelnen Ringspalten 41 , 42, 43 herstellen.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar in Form eines konisch ausgebildeten Verbindungskanals 50 sowie eines ko¬ nisch ausgebildeten Kolbens 51 , wobei die Verbindungsöffnungen wiederum mit 17, 18, 19, 29 bezeichnet sind. Der Verbindungskanal 50 weist einen konischen Abschnitt 50a auf, an dessen engsten Querschnitt sich ein zylin¬ drischer Abschnitt 50b anschließt, welcher über die Verbindungsöffnung 29 in die Kammer 15 mündet. Auf der Seite des größten Querschnittes des ko¬ nischen Abschnittes 50a schließt sich ein weiterer zylindrischer Abschnitt 50c an, in dessen äußeren Bereich ein Innengewinde 5Od eingearbeitet ist. Der Kolben 51 weist einen Kopf 51a auf, der ähnlich wie im vorherigen Aus¬ führungsbeispiel ausgebildet ist, d. h. mit einem Gewindeabschnitt, einem Flansch, einem Innenprofil sowie einem Dichtring 40, der auf der Innenwan¬ dung des zylindrischen Abschnittes 50c gleitet. An den Kopf 51a des Kol¬ bens schließt sich hinter dem O-Ring 40 ein konischer Kolbenabschnitt 51 b an, der vollumfänglich und über die gesamte Länge an der Innenwandung des konischen Abschnittes 50a des Verbindungskanals 50 anliegt. Damit sind die Verbindungsöffnungen 17, 18, 19, 29 verschlossen und die damit verbundenen Kammern untereinander getrennt.

Fig. 7 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 mit verschobenem Kol¬ ben 51 , d. h. der Kolben ist um den Verstellweg x aus dem Verbindungska- nal 50 herausgeschraubt, aber immer noch durch den O-Ring 40 abgedich¬ tet. Zwischen dem konischen Abschnitt 50a und dem konischen Teil 51 b des Kolbens 51 ist ein „konischer" Ringspalt 52 mit von innen nach außen zu¬ nehmendem Durchmesser entstanden. Dadurch können die Verbindungsöff¬ nungen 17, 18, 19, 29 miteinander kommunizieren, d. h. ebenso die ihnen zugeordneten Kammern. Der konische Kolbenabschnitt 51 b weist auf sei-

nem Unfang mehrere hintereinander angeordnete Dichtringe 53 auf, die ih n gegenüber der Innenwand des konischen Abschnittes 50a besser abdichte n und damit auch eine wirksame Abdichtung der Verbindungsöffnungen 17 ^' , 18, 19, 29 untereinander in der Schließstellung des Kolbens 51 bewirken. Das Verstellen des Kolbens 51 in die Schließstellung erfolgt durch Eindrehen des Kolbenkopfes 51a in das Gewinde 5Od um den Weg x, wobei der Kolben wiederum auf Anschlag gefahren wird. Eventuelle Toleranzüberscheidungen werden durch die Elastizität der Dichtringe 53 ausgeglichen.

Die vorliegende Erfindung wurde am Beispiel eines Wärmeübertragers be¬ schrieben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemä&e Ventilanordnung auch anderweitig einsetzbar ist. Insbesondere ist die Ven¬ tilanordnung beziehungsweise der erfindungsgemäße Wärmeübertrager für flüssige sowie für gasförmige Fluide geeignet. Der erfindungsgemäße Wär- meübertrager ist insbesondere als Ladeluftkühler, Ölkühler, Heizkörper, be¬ vorzugt für Luft-, Land-, und/oder Seefahrzeuge einsetzbar.

B e z u g s z a h l e n

1 Kühlmittelkühler

2 Kühlerblock

3 Flachrohre

4 Seitenteil

5 oberer Sammelkasten

6 unterer Sammelkasten

7 Eintrittsstutzen

8 Austrittsstutzen

9 Längstrennwand

10 Längstrennwand

11 Quertrennwand

12 Kammer

13 Kammer

14 Kammer

15 Kammer

16 Verbindungskanal

17 Verbindungsöffnung

18 Verbindungsöffnung

19 Verbindungsöffnung

20 Kühlmittelanschluss

21 Kühlmittelanschluss

22 Stufenabschnitt (D1)

23 Stufenabschnitt (D2)

24 Stufenabschnitt (D3)

25 Stufe

25A Stufe

26 Stufe

27 Gewindebohrung

28 Dichtungsabschnitt

9 Verbindungsöffnung 0 Stufenkolben 1 Kolbenabschnitt (d1 )

32 Kolbenabschnitt (d2)

33 Kolbenabschnitt (d3)

33A Kolbenabschnitt (d4)

34 Gewindeabschnitt

35 Flansch

36 Stufe

37 Stufe

38 Stufe

39 Ringnut

40 Dichtring

41 Ringspalt

42 Ringspalt

43 Ringspalt

50 Verbindungskanal (konisch)

50a konischer Abschnitt

50b zylindrischer Abschnitt, innen

50c zylindrischer Abschnitt, außen

5Od Innengewinde

51 Kolben

51a Kopf

51 b konischer Abschnitt

52 Ringspalt (konisch)

53 Dichtringe