AGR-Kühler mit Floating-Box von BorgWarner

Die Abgasrückführung reduziert die NO×-Bildung bei Dieselmotoren und verringert bei Benzinmotoren die CO2-Emissionen. Da aktuelle Emissionsstandards beim CO2- und NOx-Ausstoß restriktiver geworden sind und Hersteller aufgrund dessen den Energieverbrauch auch von Kühlmittelpumpen tendenziell reduzieren, erhöhen sich sowohl die thermische Belastung als auch der Siedegrad für AGR-Kühler.

Die neue Generation ‚Floating-Box Abgasrückführungskühler‘ (FBOX-AGR-Kühler) von BorgWarner soll dem entgegenwirken und bietet laut Hersteller einen zuverlässigen Schutz gegen Sieden und thermische Ermüdung. Sie verfügt über ein kompaktes, thermomechanisches Entkopplungselement und kann flexibel auf spezifische Leistungs- und Haltbarkeitsanforderungen der jeweiligen Anwendung zugeschnitten werden. Insbesondere im anspruchsvollen Nutzfahrzeugmarkt zeige sich der FBOX-AGR-Kühler laut BorgWarner als ideale Lösung.

Thermische Entkopplung

Während für Pkw und leichte Nutzfahrzeuge aufgrund ihres kleinen Bauraums Monoblock-AGR-Kühler mit Wellendesign die einfachste und kompakteste Lösung sind, bieten sich für schwere Nutzfahrzeuge, üblicherweise mit Motorvolumina von mehr als 9 Litern, AGR-Kühler mit Entkopplungselementen an. Bei Monoblock-Kühlern ist der innere Kern starr am äußeren Gehäuse befestigt, was zu einer größeren thermischen Belastung führt. Die Kühlmittelverteilung lässt sich kaum verbessern, da Position und Ausrichtung des Kühlmitteleinlasses vom Motorenhersteller festgelegt werden. Der Schutz gegen starkes Sieden ist eingeschränkt. Beim kompakten FBOX-AGR-Kühler, den BorgWarner entwickelt hat, sind Entkopplungselemente für eine höhere thermische Ermüdungsbeständigkeit eingebaut. Er verfügt über einen wassergekühlten, flexiblen thermischen Dämpfer, der direkt in den inneren Kern integriert ist. Auf diese Weise erfüllt die Lösung laut BorgWarner die Ansprüche auch schwerer Nutzfahrzeuge an Zuverlässigkeit und hohe Lebensdauer. Auch für mittelschwere Anwendungen mit Motorgrößen im Bereich von vier bis neun Litern und eingeschränkterem Bauraum lässt sich den Angaben zufolge der neue FBOX-AGR-Kühler einsetzen.

Einsatz bei mittelgroßen Motoren

Bei mittelgroßen Motoren, für die ein kompakter Schwebekern nicht erforderlich oder aufgrund von Packaging-Restriktionen nicht möglich und die Monoblock-Bauform keine Option ist, erreichen die neuen FBOX-AGR-Kühler von BorgWarner die erforderliche Haltbarkeit und Zuverlässigkeit. In Tests zur thermischen Belastung, die an Pkw-Kühlern aus austenitischem Edelstahl und Nutzfahrzeug-Kühlern aus ferritischem Edelstahl durchgeführt wurden, zeigten die FBOX-AGR-Kühler eine drei- bis elfmal längere Lebensdauer auf als entsprechende Monoblock-AGR-Kühler. Damit eignet sich die Technologie auch ideal für Anwendungen bei Nutzfahrzeugmotoren mittlerer Größe (zwei bis neun Liter) mit 8.000 bis 12.000 Stunden oder zirka einer Million Kilometer Nutzungsdauer.

Aufbau und Vorteile des FBOX-AGR-Kühlers

Die sogenannte ‚Floating-Box‘ hat zwei Hauptfunktionen: Zum einen entkoppelt sie die thermische Ausdehnung des Gaseinlasses vom inneren Kern, zum anderen bildet sie einen perimetrischen Kühlmittelverteiler um den Gaseintritt auf der heißen Seite. Dieser innere Kühlmittelverteiler verteilt das Kühlmittel nach Bedarf. Während sich dadurch die Widerstandsfähigkeit gegen thermische Ermüdung verbessert, verringert sich gleichzeitig das Siederisiko bei niedrigem Kühlmittelfluss.

Die Kühlmittelverteilung ist laut BorgWarner sehr flexibel, denn für den Kühlmittelfluss in den inneren Kern können eine oder mehrere speziell angepasste Öffnungen genutzt werden, deren Größe und Position sich mithilfe einer rechnergestützten Strömungssimulation anpassen lassen, um die beste Balance zwischen thermischer Widerstandsfähigkeit und Kühlmittel-Druckabfall zu realisieren. Direkt in der FBOX selbst können auch noch zwischenliegende Umlenkbleche zur besseren Kühlmittel-Verteilung eingebaut werden.

Zur Verbesserung der Kühlung hat BorgWarner ein Simulationsverfahren für das Strömungsverhalten entwickelt, anhand dessen sich Kühlmittelgeschwindigkeiten optimieren lassen. Das Modell ist so angelegt, dass es mehrere Gegebenheiten wie die Lage des Kühlmittelfensters, den Fensterquerschnitt oder die Geometrie und Position der Umlenkbleche verarbeiten kann. Dabei wird der maximal erlaubte Kühlmittel-Druckabfall berücksichtigt und so das bestmögliche Design ermittelt.

Ein weiterer Vorteil der FBOX-AGR-Kühler ist laut BorgWarner, dass bei ihnen der Kühlmitteleinlass an einer beliebigen der vier Seiten des Kühlers platziert und so eine möglichst effektive Entlüftung gewährleistet werden kann. Der Kühlmittelsammler liegt auf der Oberseite der FBOX und ermöglicht vollständiges Entgasen. Die Blasen zerfallen innerhalb des perimetrischen Verteilers und die Kühlmittelflüssigkeit kann durch den beliebig platzierten Stutzen austreten.

Zusammenfassung

Insbesondere bei mittelschweren Nutzfahrzeugen schließen die FBOX-AGR-Kühler eine Lücke bei den aktuell am Markt verfügbaren Technologien. Während sie von der Gesamtlänge her fast so kompakt wie ein Monoblock-Kühler sind, reicht ihre Haltbarkeit für die meisten Anwendungen aus. Sie bieten die ideale Balance zwischen Kompaktheit und thermischer Belastbarkeit sowie den besten Ausgleich zwischen Effizienz, Druckabfall und Kosten. Fahrzeugherstellern ermöglichen die FBOX-AGR-Kühler eine hohe Flexibilität, um für unterschiedliche Anwendungen die beste technische Lösung zur finden, denn die Kühler lassen sich laut BorgWarner für spezifische Anforderungen an Leistungsfähigkeit und Beständigkeit individuell konfigurieren.

Den Beitrag finden Sie auch in der Print-Ausgabe 4/21 der Krafthand-Truck.

Kontakt zum Autor:
Georg Blenk, 08247 / 3007-45 | georg.blenk@krafthand-medien.de