Die Erfindung betrifft eine Rohranordnung für einen Ladeluftkühler sowie einen Ladeluftkühler mit einer solchen Rohranordnung. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Ladeluftkühler. Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der oben genannten Rohranordnung.

In modernen Kraftfahrzeugen gewinnen aufgeladene Brennkraftmaschinen zunehmend an Bedeutung, da sich mit Hilfe einer solchen Aufladung die Leistungsdichte bezogen auf den Hubraum und bezogen auf den Kraftstoffverbrauch erheblich steigern lässt. Es besteht daher die Tendenz, zunehmend auch Fahrzeuge mit kleineren Motoren mit geeigneten Ladeeinrichtungen auszustatten, um deren Leistung zu steigern bzw. den Kraftstoffverbrauch zu senken. Ebenso ist eine Tendenz zu beobachten, bei gleicher Leistung die Motoren im Sinne eines sog.„Downsi- zing" zu verkleinern und deren Kraftstoffverbrauch zu senken. Aufgeladene Brennkraftmaschinen sind daher regelmäßig mit einem Ladeluftkühler ausgestattet, um die mit Hilfe einer entsprechenden Ladeeinrichtung, wie zum Beispiel einem Abgasturbolader, aufgeladene Ladeluft abzukühlen. Eine solche Kühlung der Ladeluft erhöht die Leistung der Brennkraftmaschine, reduziert deren Kraftstoffverbrauch sowie deren Schadstoffemissionen und mindert die thermische Belastung der Brennkraftmaschine.

Beispielsweise offenbart die DE 10 2012 008 700 A1 einen Wärmetauscher in Form eines Ladeluftkühlers, bei welchem komprimierte Ladeluft mittels einer Kühlflüssigkeit in wenigstens zwei unmittelbar aneinander angrenzenden Stufen gekühlt wird. Für die Ladeluft sind Strömungskanäle, für das Kühlmittel Flusspfade vorgesehen. Der Wärmetauscher ist durch einen einzigen Stapel aus einteiligen Platten gebildet. Herkömmliche Ladeluftkühler sind also typischerweise in der Art eines Wärmetauschers aufgebaut, der Teil eines Kühlmittelkreislaufs ist und von einem Kühlmittel durchströmt wird, welches wiederum thermisch an die zu kühlende Ladeluft ankoppelt. Die der Ladeluft entzogene Wärme wird vom Kühlmittel aufgenommen, wobei dieses verdampft.

Ein zentrales Bauteil eines aus dem Stand der Technik bekannten Ladeluftkühlers stellt eine Rohranordnung mit entlang einer Stapelrichtung stapelartig aufeinander angeordneten Rohren dar, die von der zu kühlenden Ladeluft durchströmt werden können. Zwischen den einzelnen Rohren sind Kühlmittelkanäle vorgesehen, welche wiederum von Kühlmittel durchströmt werden. Mit anderen Worten, Kühlmittelkanäle und Rohre wechseln sich entlang der Stapelrichtung ab.

Als problematisch erweist sich indes die Herstellung einer solchen Rohranordnung, wenn der Ladeluftkühler - und folglich auch die Rohranordnung - nicht nur mit einem einzigen Kühlmittelkreislauf, sondern mit zwei voneinander fluidisch getrennten Kühlmittelkreisläufen ausgestattet werden soll. Eine solche, zweistufige Kühlung ist aus dem Stand der Technik bekannt, um Ladeluft in einem ersten Schritt zunächst - mittels eines ersten Kühlmittelkreislaufs - auf eine Zwischentemperatur abzukühlen und anschließend die Temperatur der Ladeluft in einem zweiten Schritt gegenüber besagter Zwischentemperatur nochmals zu reduzieren.

Die DE 103 28 746 A1 beschreibt etwa vor diesem Hintergrund eine Vorrichtung zum Austausch von Wärme mit wenigstens drei Strömungseinrichtungen, welche von wenigstens einem strömungsfähigen Fluid durchströmt werden. Die Vorrichtung umfasst wenigstens zwei Strömungsbaugruppen mit wenigstens jeweils zwei Strömungselementen, welche derart angeordnet sind, dass letztere alternierend von verschiedenen Fluiden durchströmt werden. Diese sind direkt formschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder über Fluidverteileinrich- tungen strömungsverbunden wenigstens bezüglich einer Strömungseinrichtung in Reihe geschaltet.

Auch die GB 2 057 564 A offenbart einen zweistufigen, auf dem Prinzip einer fluidischen Reihenschaltung basierenden Wärmetauscher.

Aus dem Stand der Technik bekannt sind besonders kompakt konstruierte Rohranordnungen, bei welchen Kühlmittelkanäle sowohl des ersten als auch des zweiten Kühlmittelkreislaufs in ein und dieselbe Rohranordnung integriert werden, wobei die dann erforderliche fluidische Trennung zwischen den beiden Kreisläufen mit Hilfe eines Zwischenbodens realisiert wird, so dass ein erster Kühlkanalbereich und ein von diesem getrennter, zweiter Kühlkanalbereich entsteht. Die Integration eines solchen Zwischenbodens in die Rohranordnung erweist sich jedoch als aus fertigungstechnischer Sicht aufwändig und ist regelmäßig mit erhöhten Herstellungskosten für die Rohranordnung und somit des gesamten Ladeluftkühlers verbunden.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform einer Rohranordnung für einen Ladeluftkühler mit zwei Kühlkreisläufen zu schaffen, die sich gegenüber herkömmlichen Rohranordnungen durch reduzierte Herstellungskosten auszeichnet. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Rohranordnung anzugeben.

Die genannten Aufgaben werden durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

Grundgedanke der Erfindung ist demnach, die oben erläuterte Rohranordnung derart auszubilden, dass die zum Durchströmen mit zu kühlender Ladeluft vorgesehenen Fluidrohre entlang ihrer Längsrichtung an einer vorbestimmten Stelle mit einer integral an den Fluidrohren ausgeformten Aufweitung versehen sind, in deren Bereich sie lokal einen vergrößerten Strömungsquerschnitt besitzen. Da entlang der Stapelrichtung zwischen zwei benachbarten Fluidrohren jeweils ein Kühlkanal vorgesehen ist, bewirkt eine solche Aufweitung der Fluidrohre bei geeigneter Dimensionierung eine fluidische Unterbrechung des Kühlkanals entlang der Längsrichtung und somit dessen Aufteilung in einen ersten und einen zweiten Kühlkanalbereich, so dass die beiden Bereiche für getrennte Kühlmittelkreisläufe verwendet werden können. Die erfindungswesentlichen Aufweitungen können auf herstellungstechnisch einfache Weise etwa durch ein dem Fachmann als "Auftulpen " geläufiges Umformverfahren in die Fluidrohre eingebracht werden. Beim Auftulpen erfolgt das Aufweiten der Rohre durch mechanisches Strecken und Eindrücken in eine negative Form. Alternativ ist auch ein Umformen mittels Innen- hochdruck-Umformen mit Wasser vorstellbar.

Die hier vorgeschlagene, erfindungsgemäße Rohranordnung gestattet die Herstellung eines Ladeluftkühlers mit kompaktem Aufbau, so dass für die Anordnung des Ladeluftkühlers etwa in einem Kraftfahrzeug nur sehr wenig Bauraum reserviert werden muss. Gleichzeitig ist die hier vorgestellte Rohranordnung aufgrund ihres konstruktiv sehr einfachen Aufbaus fertigungstechnisch einfach herzustellen, woraus sich Kostenvorteile bei der Herstellung ergeben.

Die erfindungsgemäße Rohranordnung ist mit einer Mehrzahl von Fluidrohren - also mit wenigstens zwei solchen Fluidrohren - ausgestattet, welche entlang einer Stapelrichtung aufeinandergestapelt sind. Besagte Stapelvorrichtung erstreckt sich orthogonal zu einer Längsrichtung der Fluidrohre. Jeweils zwischen zwei in Stapelrichtung benachbarten Fluidrohren ist, wie bereits erläutert, ein Kühlkanal vorgesehen, wobei jeder Kühlkanal entlang der Stapelrichtung durch eine erste Rohrwand eines ersten Fluidrohrs und durch eine zweite Rohrwand eines zweiten, dem ersten Fluidrohr benachbarten Fluidrohrs begrenzt wird. Wie ebenfalls bereits erörtert, weist jedes Fluidrohr entlang der Längsrichtung eine Aufweitung der ersten und/oder zweiten Rohrwand auf, wodurch die gewünschte Trennung eines jeden Fluidkanals in einen ersten Kühlkanalbereich und einen von diesem fluidisch getrennten zweiten Kühlkanalbereich erreicht wird. In der Folge kann die Gesamtheit der ersten Kühlkanalbereiche in einen ersten Kühlmittelkreislauf eingebunden werden, und die Gesamtheit der zweiten Kühlkanalbereiche entsprechend in einen fluidisch vom ersten getrennten, zweiten Kühlmittelkreislauf.

In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Aufweitung des Fluidkanals entlang der Stapelrichtung. Besonders bevorzugt kann die Trennung eines Fluidkanals durch Aufweitung beider den Kanal entlang der Stapelrichtung begrenzenden Rohrwände erreicht werden. Alternativ kann es bei geeigneter Dimensionierung bereits ausreichen, nur eine der beiden Rohrwände mit einer solchen Aufweitung auszustatten, um den gewünschten Effekt der Unterbrechung des jeweiligen Kühlkanals entlang seiner Längsrichtung zu erzielen.

Als fertigungstechnisch besonders günstig erweist sich eine Ausführungsform, bei welcher die erste und zweite Rohrwand im Bereich der Aufweitung stoffschlüssig, insbesondere mittels einer Lötverbindung, miteinander verbunden sind. Auf diese Weise wird eine fluiddichte Trennung des jeweiligen Fluidkanals in einen ersten und zweiten Bereich durch besagte Aufweitung(en) sichergestellt. In einer mit einem vereinfachten Herstellungsverfahren einhergehenden, alternativen Variante kann aber auch auf eine derartige stoffschlüssige Verbindung verzichtet werden. Ein solches Szenario bietet sich insbesondere dann an, wenn der in den beiden Kühlmittelbereichen jeweils herrschende Fluiddruck im Wesentlichen gleich ist, denn in diesem Fall bildet sich kein zu starkes Druckgefälle zwischen beiden Kühlmittelbereichen aus; im Fall eines solchen Druckgefälles einseitig auf die Aufweitung(en) wirkende Kräfte, die zu einer Deformation der Rohrwände im Bereich der Aufweitung und somit letztlich unerwünschte Leckage-Effekten zwischen den beiden Kühlkanalbereichen führen könnten, sind im Falle identischer Fluid- drücke aber weitgehend ausgeschlossen.

Der erfindungswesentliche Gedanke, einen Fluidkanal durch Aufweitung der in sich entlang der Längsrichtung erstreckenden Rohrwände zu unterbrechen, kann auch auf den bezüglich seiner Längsseite endseitigen Abschluss des Fluidkanals angewandt werden. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung werden daher die Fluid- kanäle jeweils an einem bezüglich der Längsrichtung ersten Endabschnitt und/oder einem dem ersten Endabschnitt gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt durch eine Aufweitung der ersten und/oder zweiten Rohrwand in Längsrichtung fluiddicht abgeschlossen.

Eine besonders kompakte Bauform des die Rohranordnung verwendenden Ladeluftkühlers kann erreicht werden, wenn die Fluidrohre der Rohranordnung als Flachrohre ausgebildet werden.

Besonders zweckmäßig mag ein jedes Fluidrohr eine entlang der Stapelrichtung gemessene Rohrhöhe aufweisen, die höchstens ein Fünftel, vorzugsweise höchstens ein Zehntel, einer Rohrbreite beträgt. Die Rohrbreite ist dabei über eine Breiten-Richtung definiert, die sich orthogonal sowohl zur Stapelrichtung als auch orthogonal zur Längsrichtung erstreckt.

Zur Verbesserung der thermischen Kopplung zwischen Kühlmittel und Ladeluft wird vorgeschlagen, in wenigstens einem Kühlkanal, vorzugsweise in allen Kühlkanälen, eine Rippenstruktur vorzusehen, an welcher sich die Rohrwände der in Stapelrichtung angrenzenden Fluidrohre abstützen können.

Besonders zweckmäßig mag die Rohranordnung wenigstens fünf, vorzugsweise wenigstens zehn, höchst vorzugsweise wenigstens zwanzig, Fluidrohre umfassen, die entlang der Stapelrichtung aufeinandergestapelt sind. In einer weiteren Ausführungsform mit Flachrohr-artig ausgebildeten Fluidrohren erweist es sich als vorteilhaft, wenn eine in Stapelrichtung gemessene Kühlkanal- Höhe höchstens ein Fünftel, vorzugsweise höchstens ein Zehntel der Rohrhöhe der Fluidrohre beträgt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, die mit besonders geringen Herstellungskosten verbunden ist, umfasst die Rohranordnung ein den ersten Kühlkanalbereich umfassendes erstes Rohrteil und ein den zweiten Kühlkanalbereich umfassendes zweites Rohrteil. Die beiden Kühlkanalbereiche sind also als separate Bauteile ausgebildet, und zwar derart, dass das erste Rohrteil am zweiten Rohrteil befestigbar ist oder umgekehrt. Hierzu wird die erfindungswesentliche Aufweitung bezüglich der Längsrichtung an einem dem ersten Rohrteil zugewandten Ende des zweiten Rohrteils vorgesehen, so dass das erste Rohrteil in das zweite Rohrteil einsteckbar ist, oder umgekehrt. In einem am ersten Rohrteil befestigten Zustand verlängert folglich das zweite Rohrteil das erste Rohrteil entlang der Längsrichtung.

In einer zur vorangehend vorgestellten Ausführungsform alternativen Variante können das erste und das zweite Rohrteil einstückig ausgebildet sein, d.h. die gesamte Rohranordnung ist einstückig ausgebildet.

Die Erfindung betrifft ferner einen Ladeluftkühler für eine Brennkraftmaschine mit einer Rohranordnung einem oder mehreren der vorangehend genannten Merkmale. Der erfindungsgemäße Ladeluftkühler ist mit einem ersten Kühlmittelkreislauf sowie mit einem fluidisch von diesem getrennten zweiten Kühlmittelkreislauf ausgestattet. Der erste Kühlkanalbereich eines jeden Kühlkanals ist dabei fluidisch mit dem ersten Kühlmittelkreislauf verbunden, der zweite Kühlkanalbereich eines jeden Kühlkanals mit dem zweiten Kühlmittelkreislauf. Die Erfindung betrifft auch eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug mit einem vorangehend vorgestellten Ladeluftkühler. Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Rohranordnung.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.

Es zeigen, jeweils schematisch

Fig. 1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Rohranordnung in einer perspektivischen Darstellung,

Fig. 2 eine Detaildarstellung des Beispiels der Figur 1 ,

Fig. 3 eine Variante der Beispiele der Figuren 1 und 2.

Figur 1 illustriert eine erfindungsgemäße Rohranordnung 1 in einer perspektivischen Darstellung. Die Rohranordnung 1 umfasst eine Mehrzahl von Fluidrohren 2, die von zu kühlender Ladeluft einer Brennkraftmaschine durchströmt werden können. Inn Beispiel der Figur 1 sind exemplarisch fünf Fluidrohre 2 gezeigt, selbstverständlich ist in Varianten aber auch eine größere Anzahl, beispielsweise wenigstens fünf, wenigstens 10, oder gar wenigstens 20 Fluidrohre vorstellbar. Unter dem Begriff„Mehrzahl" seien im vorliegenden Kontext alle Rohranordnungen 1 mit wenigstens zwei Fluidrohren 2 gefasst.

Die Fluidrohre 2 sind entlang einer Stapelrichtung S aufeinandergestapelt, die sich quer zu einer Längsrichtung L der Fluidrohre 2 erstreckt. Jedes Fluidrohr 2 um- fasst eine erste und eine zweite Rohrwand 3a, 3b, die einen vom Fluidrohr 2 gebildeten Fluidpfad 4 in Stapelrichtung S begrenzen. Die beiden Rohrwände 3a, 3b können einstückig ausgebildet sein. Im Beispielszenario der Figuren sind die Fluidrohre 2 zudem als Flachrohre ausgebildet. Jedes der Fluidrohre 2 weist eine entlang der Stapelrichtung S gemessene Rohrhöhe auf, die höchstens ein Fünftel einer Rohrbreite beträgt. Besagte Rohrbreite ist dabei über eine Breiten-Richtung B definiert, die sich orthogonal sowohl zur Stapelrichtung S als auch zur Längsrichtung L erstreckt. In einer Variante kann die Rohrhöhe höchstens ein Zehntel der Rohrbreite betragen. Eine in Stapelrichtung S gemessene Kühlkanal-Höhe beträgt höchstens ein Fünftel, vorzugsweise höchstens ein Zehntel, der Rohrhöhe der Fluidrohre 2.

Jeweils zwischen einem ersten Fluidrohr 2 und einem zu diesem entlang der Stapelrichtung benachbarten zweiten Fluidrohr 2 ist ein Kühlkanal 5 ausgebildet, der von einem Kühlmittel durchströmt werden kann. Jeder Kühlkanal 5 wird dabei entlang der Stapelrichtung S durch eine erste Rohrwand 3a des ersten Fluidrohrs 2, die dem zweiten Fluidrohr 2 zugewandt ist, und durch eine zweite Rohrwand 3b des zweiten Fluidrohrs 2, die wiederum dem ersten Fluidrohr 2 zugewandt ist, begrenzt.

Die Fluidrohre 2 weisen sich in Stapelrichtung S erstreckende Aufweitungen 6 - vgl. hierzu die Detaildarstellung der Figur 2 - der ersten und zweiten Rohrwand 3a, 3b auf, welche jeden Kühlkanal 5 bezüglich der Längsrichtung L in einen ersten Kühlkanalbereich 5a und einen von diesem fluidisch getrennten zweiten Kühlkanalbereich 5b unterteilen.

Die Aufweitung 6 wird in dem in den Figuren gezeigten Beispiel durch die beiden den Kühlkanal 5 in Stapelrichtung begrenzenden Rohrwände 3a, 3b gebildet und ist integral an diesen ausgeformt. Die Aufweitungen 6 können auf herstellungstechnisch einfache Weise etwa durch ein dem Fachmann als "Auftulpen " geläufiges Umformverfahren in die Rohrwände 3a, 3b der Fluidrohre 2 eingebracht werden.

In einer in den Figuren nicht gezeigten Variante können bei geeigneter Dimensionierung die Aufweitungen 6 jeweils durch nur eine der beiden Rohrwände 3a, 3b gebildet werden, um den gewünschten Effekt einer Unterbrechung des jeweiligen Kühlkanals 5 entlang seiner Längsrichtung L zu erzielen.

Die ersten und zweiten Rohrwände 3a, 3b sind im Bereich der Aufweitungen 6 jeweils stoffschlüssig mittels einer Lötverbindung miteinander verbunden. Auf diese Weise wird eine fluiddichte Trennung des jeweiligen Fluidkanals 5 in den ersten und zweiten Bereich 5a, 5b sichergestellt. In einer mit einem vereinfachten Herstellungsverfahren einhergehenden Variante kann aber auch auf eine stoffschlüssige Verbindung verzichtet werden, so dass die Rohrwände 3a, 3b nur aneinander anliegen.

Figur 3 illustriert nun eine Variante der Rohranordnung der Figuren 1 und 2, bei welcher die oben vorgestellten Aufweitungen 6 der Fluidrohre 3 zusätzlich an einem bezüglich der Längsrichtung L ersten Endabschnitt 7a der Fluidrohre 2 und an einem dem ersten Endabschnitt 7a gegenüberliegenden Endabschnitt 7b vorgesehen sind. Auf diese Weise werden die Kühlkanäle 5 in Längsrichtung L jeweils endseitig begrenzt und fluiddicht abgeschlossen. Zur Verbesserung der thermischen Kopplung zwischen Kühlmittel und Ladeluft kann in den Kühlkanälen, eine Rippenstruktur (nicht gezeigt) vorgesehen sein, an welcher sich die Rohrwände 3a, 3b der in Stapelrichtung S angrenzenden Flu- idrohre 2 abstützen.

Im Beispielszenario der Figuren 1 bis 3 ist die Rohranordnung 1 einstückig ausgebildet. In einer alternativen Variante kann die Rohranordnung 1 aber auch ein den ersten Kühlkanalbereich 5a umfassendes erstes Rohrteil und ein den zweiten Kühlkanalbereich 5b umfassendes zweites Rohrteil aufweisen, so dass die beiden Kühlkanalbereiche 5a, 5b in separaten Bauteilen vorgesehen sind, wobei das erste Rohrteil am zweiten Rohrteil, beispielsweise durch Einstecken, befestigbar ist oder umgekehrt. Hierzu mag die Aufweitung 6 bezüglich der Längsrichtung L der Fluidrohre 2 an einem dem ersten Rohrteil zugewandten Ende des zweiten Rohrteils vorgesehen, welche so dass das erste Rohrteil in das zweite Rohrteil einsteckbar bzw. umgekehrt. Die Aufweitung 6 ist folglich Teil einer Steckverbindung zwischen den beiden Rohrteilen.

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