DE102005051709A1 - Exhaust gas cooler for motor vehicle, has extruded aluminum sheath combining media guide of hot medium in channel and cooling medium in other channel in sheath, where channel size is provided for cooling medium between outer and inner walls - Google Patents

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Abstract

The cooler has an extruded aluminum sheath that combines a media guide of hot medium in a channel and cooling medium in another channel in the sheath. The channel size is provided for the cooling medium between its outer wall (4) and inner wall, which represent the outer wall of the hot channel. Media spaces are designed by metal profiles (1, 2) of a channel wall (5) projecting into a channel space or by rib threads in heat transmission characteristics. Reinforcing beaded rims hold a screw hole to fasten media supply, discharge or reversal units for the completion to the operational cooler.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgaskühler, bestehend aus nur wenigen Einzelteilen, insbesondere für den Betrieb mit einem Kfz-Verbrennungsmotor.The Invention relates to an exhaust gas cooler, consisting of only a few parts, especially for the operation with a car internal combustion engine.

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.Exhaust coolers for motor vehicles which cool engine exhaust with hot engine cooling are known in the prior art in many embodiments. In DE 103 49 140 A1 a tubular exhaust gas cooler is described, which consists in one of several embodiments of a tube bundle with a molded tube plate on one side, the tube bundle with a tubesheet is made by extrusion in one operation. A second tube sheet is conventionally attached by soldering or welding. In a further embodiment of the same invention, the housing, which encloses the tube bundle, is also completely produced by extrusion together with the tube bundle with a tubesheet in a single operation. For the completion of the exhaust gas cooler, in addition to the second tubesheet, connecting pieces are also connected to the extruded part.

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 38 31 218 A1 in column 3, line 54 ff., the subsection heat exchanger exhaust / fresh air is described. Here, the heat exchanger unit consists of an extruded aluminum profile, which is plate-shaped and has ribs integrally formed on both sides in the longitudinal direction, which serve to absorb heat from the exhaust gas or the heat to the fresh air and is arranged in an enveloping housing.

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.In DE 103 07 425 A1 For example, a box-shaped heat exchanger is described which consists of a plate-shaped base and a plate-shaped upper part, which have a plurality of ribs which protrude from the inner surface of the plates. The ribbed plates are also to be produced by the flow-compression method in addition to other production methods. On the sides of the base and upper part are connected by a respective side wall to a box-shaped cooling unit. A cooling airflow passing through the interior of the resulting box dissipates heat received through the outsides of the base and top.

Dieser bekannte Stand der Technik nutzt nicht die erfindungsgemäßen Vorteile, die sich aus einer Zusammenfassung der bekannten Techniken ergeben können.This known prior art does not use the advantages according to the invention, which result from a summary of the known techniques can.

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.Of the The invention is based on the object known advantages of heat exchangers to bundle and to simplify the production and to make it cost-effective The exhaust gas cooler according to the invention combines the media guides of cooling and hot, abzukühlendem Medium, for example of cooling water and exhaust of a vehicle internal combustion engine within a single Metal profiles, which with the extrusion of aluminum in one piece coherently and in any lengths produced up to several meters. The required length of the metal profile for a single exhaust gas cooler can then depending on the required heat exchanger surface as Feature be cut off accordingly.

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.In an illustrated embodiment of the metal profile, this is rectangular, but they are all cross sections from round, polygonal, octagonal, hexagonal, square possible. In the illustrated embodiment is the exhaust system in at least two parallel, one above the other, side by side or combined separate channels for cooling medium (cooling water) and hot Split medium (exhaust). These at least two channels can go through projecting from the channel walls inwards into the channel space rip cords be filled in, depending on the requirements of heat conduction. These rip cords serve the heat absorption the exhaust gas and to forward the heat through the channel walls to the Cooling water.

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.The Außenwadung the exhaust gas leading Channels will be in an execution form Completely enveloped by another wall and formed by the distance between the two walls the canal management of the cooling medium here e.g. the cooling water of the internal combustion engine. The inner, exhaust gas channel is for reasons of mechanical strength and support by at least one accordingly arranged, continuous web held and its position within the canal guidance for the cooling water is set with it. Due to the arrangement of several continuous Stages can thereby for that cooling medium split longitudinally channel strands arise.

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.ever according to required Heat exchanger surface can in the design of the metal profile the number, distance, material thickness, height of Ribs and the available Free space / pressure loss of the exhaust system or the cooling water supply different be designed.

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.In a further embodiment of a first metal profile whose channel interior for the hot medium (exhaust gas) is filled to increase performance with another, second metal profile, which is also produced by the extrusion process. This second metal profile is provided with its center wall in correspondingly provided grooves in the first Metal profile inserted. The second metal profile has a double task. With its middle wall it separates the existing exhaust duct of the first metal profile into two separate channels for the hot medium. This allows operation as a so-called U-type heat exchanger. Here, a doppelbödige embodiment of the partition with a cavity, a thermal separation of the two exhaust ducts is achieved because the already cooled exhaust gas at the exhaust outlet is not to be reheated by the next in the U-mode hot exhaust inlet. Advantageously, in the U-mode, the channels carrying the cooling medium are likewise divided by webs.

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.The Another task of the second metal profile is by vertical to its middle wall arranged further cooling medium channels with ribbed surface for be called Medium side, for an increased exchanger surface and to ensure exchanger performance.

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.This first and second metal profile could theoretically united to a single metal profile, here exist for However, there are still manufacturing limitations in profile production in the Extrusion process with regard to the filigree design of Inner contours.

Durch längs verlaufende Verstärkungswulste an der Außenwandung des Kanals für das Kühlmedium werden Schraubenbohrungen ermöglicht, die der Befestigung von Zuführungs-/Abführungs- und Umkehrelementen dienen.By longitudinally extending Reinforcing beads on the outer wall of the channel for the cooling medium are screw holes allowed the attachment of supply / discharge and reversing elements.

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.These Complete supply / discharge elements the exhaust gas cooler to a functional Unit, by closing the metal profiles, as a connection for the supply line and derivatives of the hot Medium and the cooling medium serve and the media leadership in the for provided channels ensure the metal profiles. The reversing element helps with the exhaust gas cooler Insertion element for a reversal of the media streams 180 degrees to the U exhaust cooler operation. Depending on further embodiments of these elements can be also set up a countercurrent operation of the exhaust gas cooler.

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.By a corresponding arrangement of seals in or on the feeder, loss transfer and reversing elements and mating sealing surfaces the metal profile is the separation of the media flows exhaust and cooling water secured. The material. The input, output and reversing elements can vary depending on Thermal requirements of aluminum casting of all casting manufacturing processes or in the forming process or of plastic.

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.The drawing 1 shows a profile cross section in minimal design according to claim 1, where the hot media channel completely forward cooling media channel 2 is wrapped and the only continuous bridge 3 Holds the hot media channel in its position. The outer wall 4 the hot media channel, which is also the effective exchange surface is provided on both sides to increase the heat conduction with ribs.

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.The drawing 2 illustrates another embodiment. In a first metal profile 1 in rectangular version becomes a second metal profile 2 pushed in. The second metal profile 2 is through its middle wall 3 in two grooves 4 held the first metal profile. Through the middle wall 3 of the second metal profile, the hot media channel of the first profile is in the channels 7 and 7a divided in two. By the of the channel walls 5 inwardly projecting ribs 6 the heat conduction is improved. The dividing middle wall 3 is double-walled designed to isolate the two hot media channels from each other. The cooling media guide 9 is formed by the enveloping wall 8th and the footbridges 10 , When inserted second metal profile are on the middle wall 3 additional channels 11 arranged with external ribbing. On the wall 8th are the reinforcing beads 12 shown with the screw holes for attachment of the feed / discharge elements or reversing elements.

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 3 is a supply / discharge element 20 shown for an I-exchanger operation with regard to the guidance of the hot medium. With regard to the leadership of the cooling medium is U-heat exchanger operation, identified by the adjacent nozzle for cooling water supply 40 and cooling water outlet 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.In 4 is an assembled heat exchanger shown with feed element 20 for the cooling medium. The reversal element 60 The guide of the cooling medium reverses by 180 degrees, while the hot medium can flow freely backwards.

Claims (7)

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.Exhaust gas cooler characterized in that it consists of a continuous aluminum extruded profile which combines the media guides of hot medium in at least one channel and a cooling medium in at least one other channel in a single extruded profile and both channels for heat exchange have a common large-area wall, said in a arrangement of hot inner channel and enveloping cooling outer channel the Channel size for the cooling medium between its outer wall and inner wall, which simultaneously represents the outer wall of the hot channel and the heat exchange surface is determined by at least one continuous web and that all media spaces by variable to be designed, inwardly projecting into the respective channel space profiles of the wall or designed by protruding from the wall rib strands in the heat transfer behavior and that reinforcing beads are provided on the extruded profile which are suitable to receive the mounting holes for attaching the completion of a functional exhaust gas cooler only necessary media supply, Abführungs- or reversing elements. 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.exhaust gas cooler according to claim 1, characterized in that the media guide of hot medium by a double-walled, inserted middle wall in two separate name is Shared media tours and the double-walled middle wall is an insulating function between both are called media guides by their bare cavity or by an inserted therein Isolierplattenmaterial performs. 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.exhaust gas cooler according to claim 1 and claim 2, characterized in that on the inserted middle wall in the hot media guide additional channels for cooling medium with external ribbing are arranged. 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.exhaust gas cooler according to claim 1 and claim 2, characterized in that the media guide of cooling Medium also analogous to the hot media guide according to claim 2 by at least two spacing continuous webs divided into separate channels becomes. 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.exhaust gas cooler characterized according to one of the preceding claims that with attachment of a media reversing element at one end of the extruded profile a U-mode of the exhaust gas cooler made is. 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.exhaust gas cooler according to one of the preceding claims, characterized that the heat transfer performance through the use of different cut lengths of the Can design extruded profiles without change of supply, loss transfer and reversals. 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.exhaust gas cooler according to one of the preceding claims, characterized that for a functional exhaust gas cooler necessary supply or drainage elements or the combined to-discharge element and the reverse element for U-operation made of aluminum casting, sheet metal or plastic material and they seal the seals or sealing surfaces included for the separating seal of hot and cooling medium on the appropriate Sealing surfaces of the Extruded profiles and they with fasteners in the mounting holes of the extruded profile to be attached.
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