DE102005054731A1

DE102005054731A1 - Abgaswärmetauscher

Info

Publication number: DE102005054731A1
Application number: DE200510054731
Authority: DE
Inventors: Hubert Hagel; Jürgen Licht; Andreas Rothermel
Original assignee: Handtmann Systemtechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Handtmann Systemtechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2005-11-17
Filing date: 2005-11-17
Publication date: 2007-05-24

Abstract

Abgaswärmetauscher aus Aluminium in U-Form und in Gegenstrombetrieb für Kfz-Motore. DOLLAR A Bekannte Abgaswärmetauscher sind oft groß, bestehen aus vielen Einzelteilen und sind montage- und kostenintensiv. Durch einen Gehäusemantel aus Druckgruß und einer eingesetzten Flanschplatte mit darauf eingepassten und befestigten Flachrohren aus Strangpress-Profil in U-Form unter Berücksichtigung einer wärmedehnungsunempfindlichen Anordnung der Flachrohre sowie einer Kühlwasserverwirbelung wird ein kostengünstiger Abgaswärmetauscher aufgezeigt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgaswärmetauscher aus Aluminium für Kfz-Motore.

Zur Verbesserung der Abgaswerte mittels Abgasrückführsystemen sind Abgaswärmetauscher zur Kühlung der Motorenabgase oder eines Teilstroms davon vielfach vorgesehen und sie sind in unterschiedlichsten Ausführungen in Edelstahlbauweise und in Aluminiumguss bekannt.

So beschreibt die Offenlegungsschrift DE 199 06 112 A1 einen Wärmetauscher in Lost-Foam Guß und nennt in Spalte 4 Zeile 30 ff. auch die Ausgestaltung als U-Kühler. Es werden jedoch keine näheren hierzu Spezifikationen genannt.

In der Offenlegung DE 44 46 153 A1 wird ein Wärmetauscher beschrieben dessen Außen- und Innenmantel aus Druckguß- oder Vollformguß (Lost Foam) wahlweise bestehen können und die topfförmig ineinandergesteckt werden. Der Innenteil dient jedoch einem Heizgerät als Flammrohr und besteht nicht aus medienführenden Rohren. In der Offenlegungsschrift DE 38 13 339 A1 wird der Einsatz von gebogenen Strangpress Profilen als wasserführende Rohre eines Wärmetauschers genannt, die gezeigten Flachrohre sind jedoch in ihrer Breitseite gebogen und nicht in ihrer Länge. In Offenlegungssschrift DE 10 2004 011 354 A1 ist ein Wärmetauscher genannt, welcher insgesamt aus einem blockförmigen Strangpressprofil mit mehreren Haupt und vielen Einzelkanälen besteht und der für einen I-Betrieb vorgesehen ist mit Medieneintritt vorne und Austritt entgegengesetzt hinten.

In DE 103 49 140 A1 wird ein Wärmetauscher in I-Betrieb aufgezeigt, welcher aus einem Flachrohrbündel besteht, welches durch Fließpressen in einem Arbeitsschritt erzeugt wird und in einer anderen Ausgestaltung wird auch die Herstellung des umhüllenden Gehäuses in diesen einen Arbeitsschritt aufgenommen. Es ist jedoch immer noch der zweite Rohrboden zu montieren und zu befestigen.

Zum Ausgleich von Wärmespannungen zeigt DE 101 53 033 einen Abgaswärmetauscher mit elastischen Dichtelementen während DE 102 18 521 einen beweglichen Schiebesitz vorschlägt.

Die Einsatzmöglichkeit von Flachrohren als Strangpressprofil in unterschiedlicher Formgebung wird mehrfach genannt so in DE 201 21 257 U1 oder DE 102 25 812 C1 .

Manche Ausführungen sind in der Herstellung aufwendig, bestehen aus vielen Einzelteilen und benötigen einen großen Bauraum.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine preisgünstige, leichtgewichtige und technisch vorteilhafte Lösung aufzuzeigen.

Der erfindungsgemäße Abgaswärmetauscher entsprechend Anspruch 1 ist als so genannter U-Wärmetauscher konzipiert und besteht aus den beiden Hauptteilen Gehäusemantel aus Aluminium-Druckguss und der Flanschplatte aus Aluminium Blech mit darauf verschweißtem Flachrohrpaket aus einzelnen U-förmigen, stranggepressten Aluminium-Profilen. Alternativ kann dieses Flachrohrpaket nicht aus einzelnen Profilen aufgebaut sein, sondern bereits als komplettes zusammenhängendes Rohrpaket im Strangpressverfahren hergestellt sein. In einer anderen Alternative kann der Gehäusemantel in den weiteren Aluminiumgussverfahren Sand-, Kokillen-, Lost-Foam Guß hergestellt sein oder aus verformtem Aluminiumblech, Eisenblech oder aus Kunststoff. Das für einen U-Wärmetauscher erforderliche mittlere Trennblech kann wahlweise ebenfalls auf die Flanschplatte aufgeschweißt werden oder es kann eine Einschublösung in den Gehäusemantel gewählt werden. Beide Hauptteile werden ähnlich dem Gebrauchsmuster 20 2004 003 131.0 topfförmig ineinander gesteckt.

Die Flanschplatte ist die Schnittstelle auf ein hier nicht näher beschriebenes, motorseitiges Anschlussstück für die Zuführung und Abführung der gekühlten Abgase, nach ihrem Durchgang durch die Flachrohre. Die Flanschplatte hält die U-förmig gebogenen stranggepressten Flachrohre, die in entsprechende passgenaue Aussparungen der Flanschplatte eingesteckt werden und nach bekannten Verfahren dicht verschweißt oder verlötet werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden Flanschplatte und Flachrohre laserverschweisst. Weiterhin hat sie den kühlwassergefüllten Gehäusemantel nach außen abzudichten. Der entsprechende Flansch des Gehäusemantels hat hierzu eine Aufnahmerille für eine bekannte, wärmebeständige Dichtung.

Diese Verbindung Flanschplatte zu Flachrohren ist einzige Befestigung der Flachrohre, eine zusätzliche Abstützung der Flachrohre am Gehäusemantel entfällt. Deshalb können die Flachrohre sich ungehindert im Gehäusemantel thermisch dehnen.

Der Gehäusemantel hat einen Wassereintrittsstutzen im Bereich des Abgasaustritt und einen Wasseraustrittstutzen im Bereich des Abgaseintritt. Kühlwasser und Abgas befinden sich im Gegenstrombetrieb. Zur Bauraum- und Leistungsoptimierung ist der Wassereintrittsstutzen im Bereich 1/3 bis 1/2 Gesamtlänge des Gehäusemantels vor der Flanschplatte platziert und er ist schräg angeordnet. Durch die schräge Anordung mit Eintrittsrichtung des Kühlwassers parallel zur Strömungsrichtung des Abgases wird der eintretende Kühlwasserstrom gegen die Flanschplatte im Bereich Abgasaustritt gerichtet und dort um 180° umgelenkt. Die Wasserströmung ist also anfänglich entgegen der vorgesehenen Gegenstromrichtung. Durch diese Verwirbelung des Kühlwassers durch seine Richtungsumkehr an der Flanschplatte wird der Wärmeaustausch im Inneren des Gehäusemantels gefördert und es werden alle Bereiche der Flachrohraußenflächen gleichmäßig durch das Kühlwasser umspült. Durch entsprechende Wasserleitelemente in Form von Rippen im Wassereintrittsstutzen kann dieser Strömungseffekt unterstützt werden.

In 1 ist der zusammengebaute Wärmetauscher dargestellt. Die Anschlussbereiche Wassereintritt 1 und Wasseraustritt 2 am Gehäusemantel 3, Abgaseintritt 4 und Abgasaustritt 5 an der Flanschplatte 6 sind zu sehen. In 2 ist das Hauptteil Flanschplatte 6 mit angeschweißten Flachrohren 7 und Trennblech 8 dargestellt. In 3 ist in der Draufsicht die Anordung der Flachrohre 7 mittig im Gehäusemantel 3 ohne Flanschplatte dargestellt, was die allseitige Umspülung der Flachrohre mit Kühlwasser sicherstellt.

Claims

Abgaswärmetauscher aus Aluminium in U-Betriebsweise und Gegenstrombetrieb dadurch gekennzeichnet, dass der kühlwasseraufnehmende Gehäusemantel aus Aluminiumdruckguss und die abgasführenden Flachrohre aus stranggepresstem Aluminium-Profil in gebogener U-Form besteht.
Abgaswärmetauscher nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass in der Flanschplatte welche die Anschlussfunktion für Abgaseintritt- und Abgasaustritt innehat, in dafür vorgesehenen Aussparungen die Flachrohre an ihrer Abgaseintritts- und Abgasaustrittsseite befestigt sind.
Abgaswärmetauscher nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Flanschplatte mit Flachrohren mit dem Gehäusemantel ineinandergesteckt wird und den Gehäusemantel damit verschließt.
Abgaswärmetauscher nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusemantel aus Aluminium im Sand-, Kokillen-, Lost Foam Gussverfahren gefertigt besteht oder aus verformtem Aluminium- oder Eisenblech oder aus Kunststoff.
Abgaswärmetauscher nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlwassereintrittsstutzen auf dem Gehäusemantel im Bereich von 1/3 bis 1/2 Länge des Gehäusemantels vor der Flanschplatte beim Abgasauslass schräg angeordnet ist und der Wasserstrom des eintretenden Kühlwassers in den Gehäusemantel entgegen der vorgesehenen Gegenstromrichtung des Kühlwassers parallel mit der Strömungsrichtung des Abgases eintritt und dass der eintretende Kühlwasserstrom an der Flanschplatte zurückprallt und in die Gegenstromrichtung umgelenkt wird und dass dadurch eine Wasserverwirblung stattfindet.
Abgaswärmetauscher nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die in der Flanschplatte mittels schweißen oder löten befestigten Flachrohre keine weitere Befestigung oder Abstützung innen am Gehäusemantel haben und Wärmedehnungen unbehindert stattfinden können.
Abgaswärmetauscher nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung von Flanschplatte und Flachrohren lasergeschweißt ist, sie jedoch ebenfalls mit anderen Schweißverfahren oder durch Löten ausführbar ist.
Abgaswärmetauscher nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet dass die Verbindung Flanschplatte und Gehäusemantel durch eine in einer Aufnahmevertiefung am Flansch des Gehäusemantels befindlichen Dichtung abgedichtet wird.
Abgaswärmetauscher nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet dass Gehäusemantel, Flanschplatte und motorseitiges Anschlussstück für Abgaseintritt- und Abgasaustritt miteinander verschraubt werden.