EP1870656B1 - Wärmetauscher, insbesondere Abgaswärmetauscher - Google Patents

Wärmetauscher, insbesondere Abgaswärmetauscher Download PDF

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EP1870656B1
EP1870656B1 EP07008049.4A EP07008049A EP1870656B1 EP 1870656 B1 EP1870656 B1 EP 1870656B1 EP 07008049 A EP07008049 A EP 07008049A EP 1870656 B1 EP1870656 B1 EP 1870656B1
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EP
European Patent Office
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tubes
heat exchanger
housing
bundle
exhaust gas
Prior art date
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EP07008049.4A
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EP1870656A3 (de
EP1870656A2 (de
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Harald Dipl.-Ing. Schatz
Stephan Müller-Lufft
Ingo Dipl.-Ing. Heitel
Ömür Acar
Jörg Dr.-Ing. Soldner
Michael Daniel
Björn Volquardsen
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Modine Manufacturing Co
Original Assignee
Modine Manufacturing Co
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Publication date
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Application filed by Modine Manufacturing Co filed Critical Modine Manufacturing Co
Publication of EP1870656A2 publication Critical patent/EP1870656A2/de
Publication of EP1870656A3 publication Critical patent/EP1870656A3/de
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    • 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
    • F28F9/007—Auxiliary supports for elements
    • F28F9/013—Auxiliary supports for elements for tubes or tube-assemblies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/1684—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation the conduits having a non-circular cross-section
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
    • F28D21/0003—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/26—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for allowing differential expansion between elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/30—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for preventing vibrations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2280/00—Mounting arrangements; Arrangements for facilitating assembling or disassembling of heat exchanger parts
    • F28F2280/02—Removable elements

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger, for example an exhaust gas heat exchanger, having the features of the preamble of the claims 1, 2, 3 or 7.
  • An exhaust gas heat exchanger is out of the EP 1 348 924 A2 as well as from the EP 1 544 564 A1 known. He essentially fulfilled his task during the implementation. Recently, however, the exhaust gas mass flows, including the exhaust gas temperatures of the motor vehicle engines and consequently also the thermal loads of the exhaust gas cooler, resulting in the known, caused by excessive thermal cycling cracks and the like damage that may have the failure of the system result.
  • the defined in the preamble of claim 1 heat exchanger goes out of the DE 32 42 619A1 out.
  • the grid-like support structure has there the task to direct the flow in the housing or influence.
  • elastic elements are provided on the support structure to compensate for certain tolerances in the housing and can, in which the tube bundle is inserted. Therefore, they consist of a suitable plastic, which is deformable over a wide range and therefore allows relatively large tolerance ranges.
  • the elastic elements are attached to the support structure made of metal. Although the vibration damping properties of the elastic members may be present, they are not effective enough. In addition, especially in heat exchangers of considerable length dimension, there are others Create vibrations that are inadequately controlled with the known elastic elements.
  • the tube bundle of this device has support plates.
  • the peripheral edge of the support plates has been bent with tongue-like parts to the outside.
  • the vibration level can be reduced.
  • the temperature changes may not be sufficiently controlled.
  • the object of the invention is to provide a heat exchanger which can contribute to the solution of the above-mentioned problems, in particular to reduce the vibration level.
  • a lattice-like metallic support structure is integrally formed with elastic cantilevers, which point towards the inside of the housing, which are deformed against the Einschiebeides the bundle in the housing and whose spring force is directed against the housing to reduce the vibration level, and because a length changes permitting or compensating device is designed and provided with elastic properties, vibrations of the bundle in the housing are significantly reduced or damped.
  • the Length changes or changes in shape are induced by temperature changes that occur during operation of the heat exchanger. In principle, the natural frequency of the bundle is raised.
  • the deformed elastic cantilevers protrude beyond its cross-sectional area before the bundle is inserted into the housing.
  • the elastic cantilevers When inserting the elastic cantilevers are elastically deformed against their spring force to fit into the housing and then to deploy their spring force against the inside of the housing.
  • the housing consists of aluminum and is preferably designed as a casting into which the bundle designed as a stainless steel soldering construction can be inserted with tube sheets provided on the tube ends and a diffuser.
  • the housing has a connection flange which is matched to the diffuser, wherein the device permitting the length change has an elastic seal between the diffuser and the connection flange.
  • the block arrows in the Fig. 1 indicate the flow through the exhaust gas heat exchanger, the black block arrows should symbolize the exhaust gas and the block arrows without filling color symbolize the coolant, which is a coolant.
  • the representation as double block arrows is intended to indicate that the media can flow through the exhaust gas heat exchanger either in countercurrent or in cocurrent.
  • There are corresponding inlets / outlets 70, 80 are provided.
  • the simple arrows in the Fig. 1 and 2 which point in the longitudinal direction of the heat exchanger, indicate the insertion direction of the tube bundle in the housing 11 .
  • the tube bundle of the heat exchanger consists of a plurality of tubes 2, which are formed in the embodiment as drawn flat tubes 2 . Each flat tube 2 contains a turbulator 3.
  • each have a coolant channel 5 is arranged, which may be equipped with flow guide elements. In the figures, no such elements are shown, but the coolant channels 5 are rather flat.
  • two rows 2.1 and 2.2 of flat tubes 2 were provided. As the Fig. 4 can recognize, are in each row six flat tubes 2.
  • the tube bundle in the Fig. 1 has several (five) grid-like metallic holding devices 10, wherein (in the embodiment) only one of them was integrally equipped with resilient cantilevers 12 , which are arranged on opposite sides of the holding device 10 and the tube bundle. Depending on the length of the heat exchanger and / or other influencing factors, a corresponding number of holding devices 10 may be integrally formed with resilient cantilever arms 12 .
  • springs 12b or the like may also be provided as individual parts which are to be force - and / or positively secured to the holding devices 10 .
  • springs 12b or the like may also be provided as individual parts which are to be force - and / or positively secured to the holding devices 10 .
  • FIG. 2 Two exemplary embodiments have been illustrated, which show springy metallic cantilever arms 12 as individual parts, which are fastened positively and positively to lattice - like metallic holding devices 10 . From the figures, in particular from Fig. 2 , It can also be seen that the resilient, metallic cantilever arms 12 are deformed against the insertion direction to facilitate the insertion. In the Fig. 2 the position of the cantilever arms 12 was indicated in principle before insertion into the housing 11, not shown there by the example of a single cantilever arm 12 by dashed lines.
  • the cantilevers 12 are on arranged opposite sides.
  • the cantilevers 12 thus stand slightly farther from the imaginary center of the heat exchanger, and they are forced upon insertion of the tube bundle in the housing 11 , wherein they move toward the center resiliently, or undergo a change in shape lying in the elastic region.
  • the case constructed spring force of the cantilevers 12 then acts against the housing wall and ensures by interaction with the arranged on opposite sides cantilevers 12 for corresponding reduction of the vibrations that occur during operation of the heat exchanger, for example in a motor vehicle.
  • the grid-like holding devices 10 may for example be in two parts, being pushed comb-like from opposite sides over the flat tubes 2 or they are in one piece and are then from one end of the tube bundle in the longitudinal direction to the slid position provided. In any case, the bars should extend transversely through the coolant channels 5 .
  • a tube plate 30 and a collection box or a diffuser 31 is attached.
  • the diffuser 31 changes the geometry on the exhaust side from a quadrangular shape on the tubesheet 30 into a round shape on the connection flange 60 (see below). All the components mentioned are made of stainless steel.
  • the construction described is connected in a brazing process to form a structural unit.
  • the finished soldered assembly is then inserted according to the insertion direction indicated by the mentioned arrow, with the diffuser 31 in front, in a housing 11 and assembled.
  • the housing 11 is a cast aluminum construction. It has a connection flange 60 for the exhaust gas, which is dimensioned such that the diffuser 31 soldered to the tube bundle via a tube plate 30 fits therein. Further, a groove 61 has been formed, in which an elastic sealing ring or other suitable seal 62 is located. ( FIGS. 7 and 8 )
  • the Fig. 8 shows an enlarged section of the Fig.
  • a further flange 50 has been formed, to which the tube sheet 30 of the tube bundle and a further exhaust gas collection box 51 are attached.
  • fastening means 52 are formed on the housing 11 in order to fasten the exhaust gas heat exchanger to a connection structure, not shown.
  • connecting pieces 70 have also been provided on the housing 11 in order to allow the coolant to flow into or out of the coolant channels 5 of the tube bundle.
  • tensioning element (s) 40 may preferably replace but complement the resilient metallic cantilevers 12 or springs or the like.
  • the tensioning element 40 may be a bolt that extends between the tubes 2 through the bundle and connects opposite housing walls. Rubber rings 41 or the like are inserted to dampen the vibrations.
  • the Fig. 10 shows curved springs 12b or the like elements which are mounted between two lattice-like metallic support structures 10 . The curvature is also carried out here so that the insertion process can be performed, wherein the springs 12b yield elastically. As the Fig. 10 shows, arranged on opposite sides springs 12b can also be arranged offset be, that is, not all four springs must lie in a passing through the tube bundle level. It has been found that by the proposed means the vibrations of the tube bundle in the housing are to be controlled so that fractures and / or noise developments caused thereby are avoided.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, beispielsweise einen Abgaswärmetauscher, der die Merkmale des Oberbegriffs aus den Patentansprüchen 1, 2, 3 oder 7 aufweist.
  • Ein Abgaswärmetauscher ist aus dem EP 1 348 924 A2 sowie aus dem EP 1 544 564 A1 bekannt. Er hat seine Aufgabe im durchgeführten Einsatzfall im Wesentlichen erfüllt. Neuerdings steigen jedoch die Abgasmassenströme, auch die Abgastemperaturen der Kraftfahrzeugmotoren und demzufolge auch die thermischen Belastungen des Abgaskühlers, was zu den bekannten, durch zu hohe Temperaturwechselbelastungen verursachten Rissen und dergleichen Beschädigungen führt, die den Ausfall des Systems zur Folge haben können.
  • Man hat auch bereits daran gearbeitet, Abgaswärmetauscher hinsichtlich ihrer Temperaturwechselbelastungsfähigkeit zu verbessern. Eine solche Lösung ist beispielsweise aus der WO 03/036214A1 bekannt. Dort wurden Schlitze und ein Faltenbalg im Gehäuse angeordnet, wodurch das Dehnungsverhalten der Einzelteile des Abgaswärmetauschers sicherlich zu verbessern ist. In der WO 03/064953 wurde hingegen eine Dehnungssicke im Gehäusemantel vorgesehen. In der WO 2003/091650 wurde eine Schiebesitzanordnung vorgeschlagen. Alle diese Lösungen scheinen zweckdienlich zu sein, ohne jedoch sämtliche Anforderungen erfüllen zu können.
  • Der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierte Wärmetauscher geht aus der DE 32 42 619A1 hervor. Die gitterartige Haltekonstruktion hat dort die Aufgabe, die Strömung im Gehäuse zu leiten bzw. zu beeinflussen. Außerdem sind elastische Elemente an der Haltekonstruktion vorgesehen, die gewisse Toleranzen im Gehäuse ausgleichen sollen und können, in welches das Rohrbündel eingeschoben wird. Sie bestehen dort deshalb aus einem geeigneten Kunststoff, der in weiten Bereichen verformbar ist und der deshalb relativ große Toleranzbereiche zulässt. Die elastischen Elemente sind an der Haltekonstruktion aus Metall befestigt. Die vibrationsdämpfenden Eigenschaften der elastischen Elemente mögen zwar vorhanden sein, sie sind jedoch nicht wirksam genug. Darüber hinaus treten insbesondere bei Wärmetauschern mit beträchtlicher Längenabmessung an anderen Stellen Vibrationen auf, die nur unzureichend mit den bekannten elastischen Elementen zu beherrschen sind.
  • Weiterer Stand der Technik ist in der US 3 804 161 enthalten.
  • Aus der DE 197 21 132 A1 ist eine Vorrichtung zur Abgaskühlung bekannt. Das Rohrbündel dieser Vorrichtung weist Tragplatten auf. Zur Abstützung des Rohrbündels im Gehäuse ist die Umfangskante der Tragplatten mit zungenartigen Teilen nach außen gebogen worden. Mit dieser Vorrichtung lässt sich das Vibrationsniveau reduzieren. Jedoch werden mit dieser Vorrichtung die Temperaturwechsel möglicherweise nicht ausreichend beherrscht.
  • Schließlich ist aus der DE 103 12 788 A1 ein Abgaswärmetauscher vorgeschlagen worden, der eine elastische Einrichtung aufweist, um die Temperaturwechselbelastungen in Längsrichtung aufzunehmen. Um das Schwingungsverhalten zu verbessern, wurde der Rohrkörper des Wärmetauschers zweiteilig ausgebildet.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Wärmetauschers, der einen Beitrag zur Lösung der vorstehend angerissenen Probleme, insbesondere zur Senkung des Vibrationsniveaus, leisten kann.
  • Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich bei einem Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff, erfindungsgemäß durch den Einsatz der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2 oder des Anspruchs 3 oder letztlich des Anspruchs 4.
  • Weil eine gitterartige, metallische Haltekonstruktion einstückig mit elastischen Kragarmen ausgebildet ist, die zur Innenseite des Gehäuses hinweisen, die entgegen der Einschieberichtung des Bündels in das Gehäuse verformt sind und deren Federkraft gegen das Gehäuse gerichtet ist, um das Vibrationsniveau zu reduzieren, und weil eine Längenänderungen zulassende bzw. ausgleichende Einrichtung mit elastischen Eigenschaften ausgebildet und vorgesehen ist, werden Vibrationen des Bündels im Gehäuse deutlich reduziert bzw. gedämpft. Die Längenänderungen oder Formänderungen werden durch Temperaturwechsel, die im Betrieb des Wärmetauschers auftreten, induziert. Prinzipiell wird die Eigenfrequenz des Bündels angehoben.
  • Die verformten elastischen Kragarme ragen - bevor das Bündel in das Gehäuse eingeschoben wird - über dessen Querschnittsfläche hinaus. Beim Einschieben werden die elastischen Kragarme entgegen ihrer Federkraft elastisch verformt, um in das Gehäuse zu passen und um dann ihre Federkraft gegen die Innenseite des Gehäuses zu entfalten.
  • Alternative Lösungsvorschläge sehen einzelne elastische, metallische Kragarme oder Federn vor, die an einer metallischen Haltekonstruktion oder zwischen zwei metallischen Haltekonstruktionen befestigt sind.
  • Die Erfinder sind im Rahmen ihrer Untersuchungen zu dem Ergebnis gekommen, dass es unzureichend ist, lediglich solche elastischen, metallischen Kragarme oder Federn oder dergleichen vorzusehen. Sie sehen deshalb zusätzlich eine Einrichtung vor, die durch Temperaturwechsel induzierte Längenänderungen des Bündels und des Gehäuses kompensiert, und sie bilden diese Einrichtung ebenfalls mit elastischen Eigenschaften aus, um die vibrationsreduzierende Eigenschaft der gesamten Vorrichtung zu befördern.
    Gemäß einem weiteren Aspekt ist vorgesehen, dass das Gehäuse aus Aluminium besteht und vorzugsweise als Gussteil ausgeführt ist, in das das als Edelstahl - Lötkonstruktion ausgeführte Bündel mit an den Rohrenden vorgesehenen Rohrböden und einem Diffusor einschiebbar ist.
  • Das Gehäuse weist einen mit dem Diffusor abgestimmten Anschlussflansch auf, wobei die die Längenänderung zulassende Einrichtung eine elastische Abdichtung zwischen dem Diffusor und dem Anschlussflansch besitzt.
  • Es ist vorgesehen, dass die elastische Abdichtung entweder in wenigstens einer Nut angeordnet ist oder etwa den gesamten Bereich zwischen Diffusor und Anschlussflansch ausfüllt.
    Eine weitere alternative Lösung sieht vor, dass wenigstens ein durch das Bündel hindurch sich erstreckendes Spannelement zwischen zwei gitterartigen Haltekonstruktionen angeordnet ist, um Vibrationen zu dämpfen, und dass auch bei der alternativen Lösung eine Längenänderungen zulassende Einrichtung mit elastischen Eigenschaften vorgesehen ist.
    Die Rohre sind bevorzugt als Flachrohre ausgebildet, die entweder aus Paaren von Platten bestehen oder aus einem Blechstreifen hergestellt und mit einer Längsnaht verschweißt sind. Es können jedoch auch runde Rohre, die, wie in der DE 32 42 619 A1 , sich als Rohrbündel gerade durch den Wärmetauscher erstrecken, vorgesehen werden. Zur Verbesserungen des Wärmetausches weisen diese Rohre jedoch einen Drall auf, der die Rohrwand mit einer Wellung versieht.
    • Fig. 1 - Perspektivische Ansicht eines aufgeschnittenen Abgaswärmetauschers;
    • Fig. 2 - Ausschnitt, der ein Stück des Rohrbündels mit einer Haltevorrichtung zeigt;
    • Fig. 3 und 4 - Ähnlich der Fig. 2 jedoch mit modifizierten Haltevorrichtungen;
    • Fig. 5 und 6 - Ausschnitt aus dem Wärmetauscher mit einer Spannvorrichtung;
    • Fig. 7 - 9 - Ausschnitt aus dem Wärmetauscher, im Bereich der elastischen Einrichtung;
  • Die Blockpfeile in der Fig. 1 zeigen die Durchströmung des Abgaswärmetauschers an, wobei die schwarzen Blockpfeile das Abgas symbolisieren sollen und die Blockpfeile ohne Füllfarbe symbolisieren das Kühlmittel, welches eine Kühlflüssigkeit ist. Die Darstellung als doppelte Blockpfeile soll andeuten, dass die Medien entweder im Gegenstrom oder auch im Gleichstrom den Abgaswärmetauscher durchströmen können. Es sind entsprechende Einlässe / Auslässe 70, 80 vorgesehen. Die einfachen Pfeile in den Fig. 1 und 2, die in Längsrichtung des Wärmetauschers weisen, zeigen die Einschieberichtung des Rohrbündels in das Gehäuse 11 an.
    Das Rohrbündel des Wärmetauschers besteht aus einer Vielzahl von Rohren 2, die im Ausführungsbeispiel als gezogene Flachrohre 2 ausgebildet sind. Jedes Flachrohr 2 enthält einen Turbulator 3. Zwischen zwei Flachrohren 2 ist jeweils ein Kühlmittelkanal 5 angeordnet, der mit Strömungsleitelementen ausgestattet sein kann. In den Abbildungen werden keine solchen Elemente gezeigt, dafür sind jedoch die Kühlmittelkanäle 5 ziemlich flach ausgebildet. In den Ausführungsbeispielen wurden zwei Reihen 2.1 und 2.2 von Flachrohren 2 vorgesehen. Wie die Fig. 4 erkennen lässt, befinden sich in jeder Reihe jeweils sechs Flachrohre 2. Das Rohrbündel in der Fig. 1 besitzt mehrere (fünf) gitterartige metallische Haltevorrichtungen 10, wobei (im Ausführungsbeispiel) lediglich eine davon einstückig mit federnden Kragarmen 12 ausgestattet wurde, die an gegenüberliegenden Seiten der Haltevorrichtung 10 bzw. des Rohrbündels angeordnet sind. Je nach Länge des Wärmetauschers und/oder nach anderen Einflussfaktoren kann eine entsprechende Anzahl von Haltevorrichtungen 10 einstückig mit federnden Kragarmen 12 ausgebildet werden. Anstelle von einstückigen Kragarmen 12 können auch Federn 12b oder dergleichen als Einzelteile vorgesehen werden, die an den Haltevorrichtungen 10 kraft - und/oder formschlüssig zu befestigen sind.
    In den Fig. 3 und 4 wurden zwei Ausführungsbeispiele abgebildet, die federnde, metallische Kragarme 12 als Einzelteile zeigen, die kraft - und formschlüssig an gitterartigen, metallischen Haltevorrichtung 10 befestigt sind. Aus den Figuren, insbesondere aus Fig. 2, ist ferner ersichtlich, dass die federnden, metallischen Kragarme 12 entgegen der Einschubrichtung verformt sind, um das Einschieben zu erleichtern. In der Fig. 2 wurde die Position der Kragarme 12 vor dem Einschieben in das dort nicht gezeigte Gehäuse 11 am Beispiel eines einzigen Kragarmes 12 durch gestrichelte Linien prinzipiell angedeutet. Die Kragarme 12 sind an gegenüberliegenden Seiten angeordnet. Die Kragarme 12 stehen also etwas weiter von dem gedachten Zentrum des Wärmetauschers ab, und sie werden beim Einschieben des Rohrbündels in das Gehäuse 11 gezwängt, wobei sie sich zum Zentrum hin federnd bewegen, bzw. eine im elastischen Bereich liegende Formänderung erfahren. Die dabei aufgebaute Federkraft der Kragarme 12 wirkt dann gegen die Gehäusewand und sorgt durch Zusammenwirkung mit den an gegenüberliegenden Seiten angeordneten Kragarmen 12 für entsprechende Reduzierung der Vibrationen, die im Betrieb des Wärmetauschers, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, auftreten.
    Unabhängig davon, ob Kragarme 12 vorgesehen werden oder nicht, können die gitterartigen Haltevorrichtungen 10 beispielsweise zweiteilig sein, wobei sie kammartig von gegenüberliegenden Seiten über die Flachrohre 2 geschoben werden oder sie sind einteilig und werden dann von einem Ende des Rohrbündels in dessen Längsrichtung bis in die vorgesehene Position geschoben. Die Gitterstäbe sollen sich jedenfalls quer durch die Kühlmittelkanäle 5 erstrecken.
    An beiden Enden des Rohrbündels wird ein Rohrboden 30 und ein Sammelkasten oder ein Diffusor 31 angesetzt. Der Diffusor 31 verändert die Geometrie auf der Abgasseite von einer viereckigen Form am Rohrboden 30 in eine runde Form am Anschlussflansch 60 (siehe unten) Alle erwähnten Bestandteile werden aus Edelstahl hergestellt. Die beschriebene Konstruktion wird in einem Hartlötprozess zu einer Baueinheit verbunden. Es versteht sich allerdings, dass bei als Einzelteile vorgesehenen Federn oder dergleichen diese auch nach dem Löten an der Haltevorrichtung 10 angebracht werden können.
    Die fertig gelötete Baueinheit wird dann gemäß der durch den erwähnten Pfeil angezeigten Einschubrichtung, mit dem Diffusor 31 voran, in ein Gehäuse 11 eingeschoben und fertig montiert.
    Das Gehäuse 11 ist eine Gusskonstruktion aus Aluminium. Es besitzt einen Anschlussflansch 60 für das Abgas, welcher so dimensioniert ist, dass der am Rohrbündel über einen Rohrboden 30 angelötete Diffusor 31 dort hineinpasst. Ferner wurde eine Nut 61 ausgebildet, in der sich ein elastischer Dichtring oder eine andere geeignete Abdichtung 62 befindet. (Fig. 7 und 8) Die Fig. 8 zeigt dabei einen vergrößerten Ausschnitt aus der Fig. 7. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, dass sich durch Temperaturwechsel verursachte Längenänderungen durch Zulassen von Bewegungen in Längsrichtung des Rohrbündels bzw. des Gehäuses 11 ausgleichen können. Die beiden doppelten Blockpfeile in der Fig. 9 sollen das anzeigen. In der Fig. 9 wurde zur Ausbildung der elastischen Eigenschaften der Einrichtung 20 - anstelle der zwei O - Ringe 62 in der Nut 61 gemäß den Fig. 7 und 8 - der gesamte Ringspalt-Bereich zwischen dem Diffusor 31 und dem Anschlussflansch 60 mit einem elastischen Gummiring 62 oder dergleichen versehen. Hier können verbesserte elastische Eigenschaften erwartet werden. Der vorhandene Ringspalt sollte hier - in radialer Richtung gesehen - etwas größer sein als beim Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 7 und 8.
    Die im Stand der Technik vorhandene Ausbildung von Schiebesitzen, bei denen gewöhnlich Metall auf Metall gleitet wird durch diesen Vorschlag vermieden, mit dem Ziel, das Vibrationsverhalten des Wärmetauschers zu verbessern. Wie die Fig. 8 weiter zeigt, verbleibt ein dort immer noch sichtbarer, aber tatsächlich geringfügiger ringförmiger Spalt zwischen dem Ende des Diffusors 31 und dem Flansch 60, um die elastischen Eigenschaften der O - Ringe 62 zur Schwingungsdämpfung zu nutzen.
  • Am anderen Ende des Gehäuses 11 ist ein weiterer Flansch 50 ausgebildet worden, an dem der Rohrboden 30 des Rohrbündels und ein weiterer Abgas-Sammelkasten 51 befestigt werden. Ferner sind am Gehäuse 11 Befestigungsmittel 52 ausgeformt, um den Abgaswärmetauscher an einer nicht gezeigten Anschlussstruktur befestigen zu können. Schließlich sind am Gehäuse 11 auch Anschlussstutzen 70 vorgesehen worden, um das Kühlmittel in die Kühlmittelkanäle 5 des Rohrbündels ein - bzw. ausströmen zu lassen.
    In der Fig. 5 und 6 wird gezeigt, dass ähnliche Wirkungen auch durch den Einsatz eines (oder mehrerer) Spannelements(e) 40 erreicht werden können, die die federnden metallischen Kragarme 12 oder die Federn oder dergleichen vorzugsweise ersetzen, diese aber auch ergänzen könnten. Bei dem Spannelement 40 kann es sich um einen Bolzen handeln, der sich zwischen den Rohren 2 durch das Bündel erstreckt und gegenüberliegende Gehäusewände verbindet. Gummiringe 41 oder dergleichen werden eingefügt, um die Vibrationen zu dämpfen.
    Die Fig. 10 zeigt gewölbte Federn 12b oder dergleichen Elemente, die zwischen zwei gitterartigen, metallischen Haltekonstruktionen 10 befestigt sind. Die Wölbung ist auch hier so ausgeführt, dass der Einschiebevorgang ausgeführt werden kann, wobei die Federn 12b elastisch nachgeben. Wie die Fig. 10 zeigt, können die an gegenüberliegenden Seiten angeordneten Federn 12b auch versetzt angeordnet werden, d. h., es müssen nicht alle vier Federn in einer durch das Rohrbündel hindurchgehenden Ebene liegen.
    Es hat sich erwiesen, dass durch die vorgeschlagenen Mittel die Schwingungen des Rohrbündels im Gehäuse so zu beherrschen sind, dass dadurch verursachte Brüche und/oder Geräuschentwicklungen vermieden werden.

Claims (13)

  1. Wärmetauscher, beispielsweise Abgaswärmetauscher, der aus einem Bündel aus Rohren (2) besteht, das in ein rohrförmiges Gehäuse (11) einschiebbar ist; wobei das beispielsweise Abgas durch die Rohre (2) strömt und zwischen den Rohren (2) jeweils ein Kühlmittelkanal (5) angeordnet ist, wobei das Bündel aus Rohren (2) wenigstens eine gitterartige Haltekonstruktion (10) aufweist, die das Bündel zum Gehäuse (11) hin abstützt,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die gitterartige, metallische Haltekonstruktion (10) einstückig mit federnden Kragarmen (12a) ausgebildet ist, die entgegen der Einschieberichtung verformt sind und deren Federkraft gegen das Gehäuse (11) gerichtet ist, um das Vibrationsniveau zu reduzieren, und dass eine Einrichtung (20) mit elastischen Eigenschaften, die O-Ringe, Gummiringe (61) oder dergleichen aufweist, zwischen einem Diffusor (31) und einem Anschlussflansch (60) angeordnet ist, die durch Temperaturwechselbelastungen induzierte Längenänderung ausgleicht, durch das Zulassen von Bewegungen in Längsrichtung des Rohrbündels bzw. des Gehäuses.
  2. Wärmetauscher, beispielsweise Abgaswärmetauscher, der aus einem Bündel aus Rohren (2) besteht, das in ein rohrförmiges Gehäuse (11) einschiebbar ist; wobei das beispielsweise Abgas durch die Rohre (2) strömt und zwischen den Rohren (2) jeweils ein Kühlmittelkanal (5) angeordnet ist, wobei das Bündel aus Rohren (2) wenigstens eine gitterartige Haltekonstruktion (10) aufweist, die das Bündel zum Gehäuse (11) hin abstützt,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zwischen zwei gitterartigen, metallischen Haltekonstruktionen (10) nach außen gewölbte metallische Federn (12b) formschlüssig und/oder kraftschlüssig befestigt sind, deren Federkraft gegen das Gehäuse (11) gerichtet ist, um das Vibrationsniveau zu reduzieren, und dass eine Einrichtung (20) mit elastischen Eigenschaften, die O-Ringe, Gummiringe (61) oder dergleichen aufweist, zwischen einem Diffusor (31) und einem Anschlussflansch (60) angeordnet ist, die durch Temperaturwechselbelastungen induzierte Längenänderung ausgleicht, durch das Zulassen von Bewegungen in Längsrichtung des Rohrbündels bzw. des Gehäuses.
  3. Wärmetauscher, beispielsweise Abgaswärmetauscher, der aus einem Bündel aus Rohren (2) besteht, das in ein rohrförmiges Gehäuse (11) einschiebbar ist; wobei das beispielsweise Abgas durch die Rohre (2) strömt und zwischen den Rohren (2) jeweils ein Kühlmittelkanal (5) angeordnet ist, wobei das Bündel aus Rohren (2) wenigstens eine gitterartige Haltekonstruktion (10) aufweist, die das Bündel zum Gehäuse (11) hin abstützt,
    dadurch gekennzeichnet, dass an einer gitterartigen, metallischen Haltekonstruktionen (10) nach außen gewölbte metallische Federn (12b) formschlüssig und/oder kraftschlüssig befestigt sind, deren Federkraft gegen das Gehäuse (11) gerichtet ist, um das Vibrationsniveau zu reduzieren, und dass eine Einrichtung (20) mit elastischen Eigenschaften, die O-Ringe, Gummiringe (61) oder dergleichen aufweist, zwischen einem Diffusor (31) und einem Anschlussflansch (60) angeordnet ist, die durch Temperaturwechselbelastungen induzierte Längenänderung ausgleicht, durch das Zulassen von Bewegungen in Längsrichtung des Rohrbündels bzw. des Gehäuses.
  4. Wärmetauscher, beispielsweise Abgaswärmetauscher, der aus einem Bündel aus Rohren (2) besteht, das in ein rohrförmiges Gehäuse (11) einschiebbar ist; wobei das beispielsweise Abgas durch die Rohre (2) strömt und zwischen den Rohren (2) jeweils ein Kühlmittelkanal (5) angeordnet ist, wobei das Bündel aus Rohren (2) wenigstens eine gitterartige Haltekonstruktion (10) aufweist, die das Bündel zum Gehäuse (11) hin abstützt,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    wenigstens ein durch das Bündel hindurch sich erstreckendes Spannelement (40) vorgesehen ist, das Gummiringe (41) oder dergleichen aufweist, um das Vibrationsniveau zu reduzieren, und dass eine Einrichtung (20) mit elastischen Eigenschaften, die O-Ringe, Gummiringe (61) oder dergleichen aufweist, zwischen einem Diffusor (31) und einem Anschlussflansch (60) angeordnet ist, die durch Temperaturwechselbelastungen induzierte Längenänderung ausgleicht, durch das Zulassen von Bewegungen in Längsrichtung des Rohrbündels bzw. des Gehäuses.
  5. Wärmetauscher nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) aus Aluminium besteht und vorzugsweise als Gussteil ausgeführt ist, in das das als Edelstahl - Lötkonstruktion ausgeführte Bündel mit an den Rohrenden vorgesehenen Rohrböden (30) und dem Diffusor (31) einschiebbar ist.
  6. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) den mit dem Diffusor (31) abgestimmten Anschlussflansch (60) aufweist.
  7. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Abdichtung (61) entweder in wenigstens einer Nut (62) angeordnet ist oder etwa einen gesamten Ringspalt-Bereich zwischen Diffusor (31) und Anschlussflansch (60) ausfüllt.
  8. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (40) zwischen zwei gitterartigen Haltekonstruktionen (10) angeordnet ist und zwei gegenüberliegende Wände des Gehäuses (11) verbindet.
  9. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre Flachrohre (2) sind, die entweder aus Paaren von Platten bestehen oder aus einem Blechstreifen hergestellt und mit einer Längsnaht verschweißt sind oder gezogene Flachrohre (2) sind.
  10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre (2) in mehren Reihen (2.1, 2.2) angeordnet sein können.
  11. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (2) runde Rohre sind, die einen Drall besitzen.
  12. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gitterartige Haltekonstruktion (10) einteilig oder mehrteilig ist.
  13. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gewölbten metallischen Federn (12b) an zwei gegenüberliegenden Seiten des Rohrbündels bzw. der Haltekonstruktion und versetzt zueinander angeordnet sind.
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