DE102005051709A1 - Abgaskühler - Google Patents

Abstract

Abgaskühler gibt es in verschiedenen Ausführungen und sie werden bisher aus vielen Einzelteilen hergestellt. Bei diesem I-Kühler, bestehend aus nur drei Hauptteilen, werden die Vorteile der bisherigen Abgaskühler in einer einfacheren und kostengünstigeren Herstellungsart miteinander kombiniert. DOLLAR A Innerhalb eines einzigen zusammenhängenden Aluminium-Strangpreßprofils erfolgt die Medienführung von kühlendem und heißem Medium durch mindestens zwei beieinander liegende Kanäle. Je nach benötigter Wärmeaustauschfläche besitzen die Trennwände der Kanäle eine unterschiedliche Rippenzahl. DOLLAR A Einsatz des Abgaskühlers insbesondere beim Betrieb mit einem Kfz-Verbrennungsmotor.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Abgaskühler, bestehend aus nur wenigen Einzelteilen, insbesondere für den Betrieb mit einem Kfz-Verbrennungsmotor.
• Nach dem Stand der Technik sind Abgaskühler für Kraftfahrzeuge, die mit Motorkühlwasser heißes Motorabgas kühlen in vielfachen Ausführungsformen bekannt. In DE 103 49 140 A1 wird ein rohrförmiger Abgaskühler beschrieben, der in einer von mehreren Ausführungsformen aus einem Rohrbündel mit einem auf einer Seite angeformten Rohrboden besteht, das Rohrbündel mit einem Rohrboden wird mittels Fließpressen in einem Arbeitsgang hergestellt ist. Ein zweiter Rohrboden wird konventionell durch löten oder schweißen angebracht. In einer weiteren Ausführungsform der gleichen Erfindung wird das Gehäuse, welches das Rohrbündel umschließt, ebenfalls zusammen mit dem Rohrbündel mit einem Rohrboden in einem Arbeitsgang komplett durch Fließpressen hergestellt. Zur Fertigstellung des Abgaskühlers werden neben dem zweiten Rohrboden noch Anschlussstutzen mit dem Fliesspressteil verbunden.
• In DE 38 31 218 A1 wird in Spalte 3, Zeile 54 ff. der Teilbereich Wärmetauscher Abgas/Frischluft beschrieben. Hier besteht die Wärmetauschereinheit aus einem Strangpressprofil aus Aluminium, welches plattenförmig ist und in Längsrichtung auf beiden Seiten angeformte Rippen aufweist, die der Wärmeaufnahme aus dem Abgas bzw. der Wärmeabgabe an die Frischluft dienen und in einem umhüllenden Gehäuse angeordnet ist.
• In DE 103 07 425 A1 wird ein kastenförmiger Wärmetauscher beschrieben, welcher aus einer plattenförmigen Basis und einem plattenförmigen Oberteil besteht, die eine Vielzahl von Rippen besitzen die von der inneren Oberfläche der Platten abstehen. Die Platten mit Rippen sind neben anderen Herstellungsverfahren auch im Fliesspressverfahren herzustellen. An den Seiten werden die Basis und Oberteil durch jeweils eine Seitenwand zu einer kastenförmigen Kühleinheit verbunden. Ein durch das innere des entstandenen Kastens geführter Kühlluftstrom führt Wärme ab, die durch die Außenseiten der Basis und des Oberteils aufgenommen wurde.
• Dieser bekannte Stand der Technik nutzt nicht die erfindungsgemäßen Vorteile, die sich aus einer Zusammenfassung der bekannten Techniken ergeben können.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde bekannte Vorteile von Wärmetauschern zu bündeln und die Herstellung zu vereinfachen und kostengünstig zu gestalten Der erfindungsgemäße Abgaskühler vereinigt die Medienführungen von kühlendem und heißem, abzukühlendem Medium, also zum Beispiel von Kühlwasser und von Abgas eines Kfz-Verbrennungsmotors innerhalb eines einzigen Metallprofiles, welches mit dem Strangpressverfahren aus Aluminium in einem Stück zusammenhängend und in beliebigen Längen bis zu mehreren Metern hergestellt wird. Die benötigte Länge des Metallprofiles für einen einzelnen Abgaskühler kann dann je nach erforderlicher Wärmetauscherfläche als Leistungsmerkmal entsprechend abgeschnitten werden.
• In einer dargestellten Ausführung des Metallprofiles ist dieses rechteckig, es sind jedoch alle Querschnitte von rund, vieleckig, achteckig, sechseckig, quadratisch möglich. In der dargestellten Ausführung ist die Abgasführung in mindestens zwei parallel verlaufende, übereinander, nebeneinander oder kombiniert liegende getrennte Kanäle für kühlendes Medium (Kühlwasser) und heißes Medium (Abgas) aufgeteilt. Diese mindestens zwei Kanäle können durch von den Kanalwandungen nach innen in den Kanalraum hinein ragende Rippenstränge ausgefüllt sein, je nach den Erfordernissen der Wärmeleitung. Diese Rippenstränge dienen der Wärmeaufnahme aus dem Abgas und zur Weiterleitung der Wärme über die Kanalwände an das Kühlwasser.
• Die Außenwadung des abgasführenden Kanals wird in einer Ausführungform vollständig umhüllt durch eine weitere Wandung und durch den Abstand beider Wandungen bildet sich die Kanalführung des Kühlmediums hier z.B. dem Kühlwasser des Verbrennungsmotors. Der innere, abgasführende Kanal ist aus Gründen der mechanischen Festigkeit und Halterung durch mindestens einen entsprechend angeordneten, durchgehenden Steg gehalten und seine Position innerhalb der Kanalführung für das Kühlwasser wird damit festgelegt. Durch die Anordnung mehrerer durchgehenden Stege können dadurch für das Kühlmedium mehrfach längsgeteilte Kanalstränge entstehen.
• Je nach benötigter Wärmetauscherfläche kann beim Design des Metallprofiles die Anzahl, Abstand, Materialdicke, Höhe der Rippen und der damit verfügbare Freiraum/Druckverlust der Abgasführung oder der Kühlwasserführung verschieden gestaltet werden.
• In einer weiteren Ausführung eines ersten Metallprofiles wird dessen Kanalinnenraum für das heiße Medium (Abgas) zur Leistungssteigerung mit einem weiteren, zweiten Metallprofil ausgefüllt, welches ebenfalls im Strangpressverfahren hergestellt wird. Dieses zweite Metallprofil wird mit seiner Mittelwand in entsprechend vorgesehene Nuten im ersten Metallprofil eingeschoben. Das zweite Metallprofil hat eine zweifache Aufgabe. Mit seiner Mittelwand trennt es den vorhandenen Abgaskanal des ersten Metallprofiles in zwei getrennte Kanäle für das heiße Medium. Dadurch wird eine Betriebsweise als sogenannter U-Wärmetauscher ermöglicht. Hierbei wird durch eine doppelbödige Ausgestaltung der Trennwand mit einem Hohlraum eine thermische Trennung der beiden Abgaskanäle erreicht, da das bereits abgekühlte Abgas am Abgasauslaß nicht durch den im U-Betrieb daneben befindlichen heißen Abgaseinlaß wieder aufgeheizt werden soll. Vorteilhafterweise werden bei der U-Betriebsweise auch die das Kühlmedium führenden Kanäle durch Stege entsprechend geteilt.
• Die andere Aufgabe des zweiten Metallprofils ist es, durch senkrecht zu seiner Mittelwand angeordnete weitere Kühlmedienkanäle mit gerippter Oberfläche zur heißen Mediumsseite hin, für eine erhöhte Tauscherfläche und Tauscherleistung zu sorgen.
• Dieses erste und zweite Metallprofil könnte theoretisch zu einem einzigen Metallprofil vereinigt werden, hier bestehen zur Zeit jedoch noch fertigungstechnische Grenzen bei der Profilherstellung im Strangpressverfahren hinsichtlich der filigranen Ausgestaltung der Innenkonturen.
• Durch längs verlaufende Verstärkungswulste an der Außenwandung des Kanals für das Kühlmedium werden Schraubenbohrungen ermöglicht, die der Befestigung von Zuführungs-/Abführungs- und Umkehrelementen dienen.
• Diese Zuführungs-/Abführungselemente komplettieren den Abgaskühler zu einer funktionsfähigen Einheit, indem sie die Metallprofile verschließen, als Anschluß für die Zuleitung und Ableitungen des heißen Mediums und des Kühlmediums dienen und die Medienführung in den dafür vorgesehenen Kanälen der Metallprofile sicherstellen. Das Umkehrelement sorgt beim Abgaskühler mit Einschubelement für eine Umkehr der Medienströme um 180 Grad zum U-Abgaskühlerbetrieb. Je nach weiteren Ausgestaltungen dieser Elemente lässt sich auch ein Gegenstrombetrieb des Abgaskühlers einrichten.
• Durch eine entsprechende Anordnung von Dichtungen in oder auf den Zuführungs-, Abführungs- und Umkehrelementen und zueinander passenden Dichtflächen auf dem Metallprofil wird die Trennung der Medienströme Abgas und Kühlwasser gesichert. Das Material. der Zu-, Ab- und Umkehrelemente kann dabei je nach thermischen Anforderungen aus Aluminiumguß aller Gussherstellungsverfahren oder im Umformverfahren bestehen oder aus Kunststoff.
• Die Zeichnung 1 zeigt einen Profilquerschnitt in minimaler Gestaltung nach Anspruch 1, wo der heiße Medienkanal vollständig vorn kühlenden Medienkanal 2 umhüllt wird und der einzige durchgehende Steg 3 hält den heißen Medienkanal auf seiner Position. Die Außenwand 4 des heißen Medienkanals, welcher gleichzeitig die wirksame Tauscherfläche darstellt ist auf beiden Seiten zur Erhöhung der Wärmeleitung mit Rippen versehen.
• Die Zeichnung 2 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel. In ein erstes Metallprofil 1 in rechteckiger Ausführung wird ein zweites Metallprofil 2 einge schoben. Das zweite Metallprofil 2 wird durch seine Mittelwandung 3 in zwei Nuten 4 des ersten Metallprofils gehalten. Durch die Mittelwand 3 des zweiten Metallprofils wird der heiße Medienkanal der ersten Profils in die Kanäle 7 und 7a zweigeteilt. Durch die von der Kanalwandungen 5 nach innen abstehenden Rippen 6 wird die Wärmeleitung verbessert. Die trennende Mittelwand 3 ist dabei doppelwandig ausgebildet zur Isolierung der beiden heißen Medienkanäle voneinander. Die Kühlmedienführung 9 wird gebildet durch die umhüllende Wandung 8 und die Stege 10. Beim eingeschobenen zweiten Metallprofil sind auf die Mittelwand 3 zusätzlich Kanäle 11 mit Außenverrippung angeordnet. An der Wandung 8 sind die Verstärkungswulste 12 dargestellt mit den Verschraubungslöchern zu Befestigung des Zuführungs-/Abführungselemente oder Umkehrelemente.
• In 3 ist ein Zuführungs-/Abführungselement 20 dargestellt für einen I-Wärmetauscherbetrieb hinsichtlich der Führung des heißen Mediums. Hinsichtlich der Führung des Kühlmediums besteht U-Wärmetauscherbetrieb, kenntlich an den nebeneinanderliegenden Stutzen zur Kühlwasserzuführung 40 und Kühlwasserauführung 50.
• In 4 ist ein zusammengebauter Wärmetauscher dargestellt mit Zuführungselement 20 für das Kühlmedium. Das Umkehrelement 60 kehrt die Führung des Kühlmediums um 180 Grad um, während das heiße Medium ungehindert nach hinten ausströmen kann.

Claims (7)

1. Abgaskühler dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem zusammenhängenden Aluminium Strangpressprofil besteht welches die Medienführungen von heißem Medium in wenigstens einem Kanal und von einem kühlenden Medium in wenigstens einem weiteren Kanal in einem einzigen Strangpressprofil vereinigt und beide Kanäle für den Wärmeaustausch eine gemeinsame großflächige Wandung aufweisen, wobei bei einer Anordung von heißem Innenkanal und umhüllenden kühlenden Außenkanal die Kanalgröße für das kühlende Medium zwischen seiner Außenwand und Innenwand, welche gleichzeitig die Außenwand des heißen Kanals darstellt und die Wärmeaustauschfläche ist, durch mindestens einen durchgehenden Steg bestimmt wird und dass alle Medienräume durch variabel zu gestaltende, nach innen in den jeweiligen Kanalraum ragende Profilierungen der Wandung oder durch von der Wandung abstehende Rippenstränge im Wärmeübergangsverhalten gestaltet sind und dass an dem Strangpressprofil Verstärkungswulste vorgesehen sind welche geeignet sind die Befestigungslöcher aufzunehmen zur Befestigung der zur Komplettierung zu einem funktionsbereiten Abgaskühler nur noch notwendigen Medien-Zuführungs-, Abführungs- oder Umkehrelemente.
2. Abgaskühler nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Medienführung des heißen Mediums durch eine doppelwandige, eingeschobene Mittelwand in zwei getrennte heiße Medienführungen geteilt wird und die doppelwandige Mittelwand eine Isolierfunktion zwischen beiden heißen Medienführungen durch ihren blosen Hohlraum oder durch ein darin eingeschobenes Isolierplattenmaterial ausführt.
3. Abgaskühler nach Anspruch 1 und Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass auf der eingeschobenen Mittelwand in die heiße Medienführung zusätzlich Kanäle für kühlendes Medium mit Außenverrippung angeordnet sind.
4. Abgaskühler nach Anspruch 1 und Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Medienführung des kühlenden Mediums ebenfalls analog der heißen Medienführung gemäß Anspruch 2 durch mindestens zwei abstandhaltende durchgehende Stege in getrennte Kanäle aufgeteilt wird.
5. Abgaskühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet dass mit Anbau eines Medien Umkehrelements an einem Ende des Strangpressprofils ein U-Betrieb des Abgaskühlers hergestellt ist.
6. Abgaskühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsleistung sich durch Einsatz von unterschiedlich abgeschnittenen Längen des Strangpressprofils gestalten lässt ohne Veränderung von Zuführungs-, Abführungs- und Umkehrelementen.
7. Abgaskühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die für einen funktionsbereiten Abgaskühler notwendigen Zuführungs- oder Abführungselemente oder das kombinierte Zu-Abführungselement und das Umkehrelement für U-Betrieb aus Alumimiumguß, Blech oder Kunststoffmaterial bestehen und sie die Dichtungsaufnahmen oder Dichtungsflächen enthalten für die trennende Abdichtung von heißem und kühlendem Medium auf den entsprechenden Dichtungsflächen des Strangpressprofils und sie mit Befestigungsmitteln in den Befestigungslöchern des Strangpressprofils zu befestigen sind.