DE102008019320A1 - Heat exchanger, particularly exhaust gas evaporator for motor vehicle, has heat exchanger block and two axial termination devices, where heat exchanger block has axial inlets and axial outlets - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Abgasverdampfer eines Kraftfahrzeuges, mit einem Wärmeübertragerblock, mit einer ersten axialen Abschlusseinrichtung und mit einer zweiten axialen Abschlusseinrichtung, bei welchem der Wärmeübertragerblock sowohl axiale Eintrittsöffnungen als auch axiale Austrittsöffnungen aufweist.The The invention relates to a heat exchanger, in particular an exhaust gas evaporator of a motor vehicle, with a heat exchanger block, with a first axial termination device and with a second axial termination device, wherein the heat exchanger block both axial inlet openings and axial outlet openings having.
Gattungsgemäße
Wärmeübertrager sind aus dem Stand der Technik
zumindest dahin gehend bekannt, dass mit Ihnen Abgase von Brennkraftmaschinen
von Kraftfahrzeugen gekühlt werden können. In diesem
Zusammenhang ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift
Neben Wärmeübertragern, mittels welchen Abgase einer Brennkraftmaschine gekühlt werden sollen, werden immer öfter Wärmeübertrager als Abgasverdampfer gefordert, welche neben einer heißen Abgasseite eine kühlende Verdampferseite umfassen, mittels welcher die Wärmeenergie aus den Abgasen nach einer geeigneten Umwandlung, beispielsweise mittels eines Rankine-Prozesses, auch als mechanische Energie genutzt werden kann. Gegenüber herkömmlichen Wärmeübertragern zum Kühlen von Abgasen treten an derartigen Abgasverdampfern auf Grund wesentlich höherer Betriebsdrücke insbesondere stärkere mechanische Belastungen auf.Next Heat exchangers, by means of which exhaust gases a Internal combustion engine to be cooled, are becoming more frequent Heat exchanger required as an exhaust gas evaporator, which next to a hot exhaust side a cooling Include evaporator side, by means of which the heat energy from the exhaust gases after a suitable conversion, for example using a Rankine process, also used as mechanical energy can be. Compared to conventional heat exchangers for cooling exhaust gases occur at such exhaust gas evaporators due to significantly higher operating pressures in particular stronger mechanical loads.
Aus
der Druckschrift
Ein
hierzu gattungsgemäßer Brennstoffverdampfer ist
aus der Patentschrift
Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, einen gattungsgemäßen Wärmeübertrager weiter zu entwickeln, so dass einerseits solchen höheren Belastungen dauerhaft Stand gehalten und andererseits ein Wärmeübertrager in einem einfachen Fertigungsprozess sicher und mit hoher Maßgenauigkeit hergestellt werden kann.It Object of the present invention, a generic Heat exchanger continues to develop, so that On the one hand, such higher loads permanently stand held and on the other hand, a heat exchanger in a simple manufacturing process safe and with high dimensional accuracy can be produced.
Die Aufgabe der Erfindung wird von einem Wärmeübertrager, insbesondere einem Abgasverdampfer eines Kraftfahrzeuges, mit einem Wärmeübertragerblock, mit einer ersten axialen Abschlusseinrichtung und mit einer zweiten axialen Abschlusseinrichtung gelöst, bei welchem der Wärmeübertragerblock sowohl axiale Eintrittsöffnungen als auch axiale Austrittsöffnungen aufweist, und bei welchem an dem Wärmeübertragerblock Mittel zum Bilden eines Formschlusses mit den axialen Abschlusseinrichtungen angeordnet sind, wobei die Mittel zum Bilden des Formschlusses zumindest teilweise axial über die axialen Eintrittsöffnungen und/oder über die axialen Austrittsöffnungen des Wärmeübertragerblocks derart hervor stehen, dass sie radial neben Anlageschultern der axialen Abschlusseinrichtungen anordenbar sind.The The object of the invention is a heat exchanger, in particular an exhaust gas evaporator of a motor vehicle, with a Heat exchanger block, with a first axial Termination device and with a second axial termination device solved, in which the heat exchanger block both axial inlet openings and axial outlet openings and in which on the heat exchanger block Means for forming a positive connection with the axial termination devices are arranged, wherein the means for forming the positive connection at least partially axially over the axial inlet openings and / or via the axial outlet openings of the Heat exchanger block stand out in such a way that they can be arranged radially adjacent to abutment shoulders of the axial termination devices are.
Vorteilhafter Weise gelingt es vorliegend mittels der Mittel zum Bilden des Formschlusses, nachstehend auch kurz Formschlussmittel genannt, auf baulich besonders einfache Weise einen Wärmeübertrager, insbesondere den Wärmeübertragerblock des Wärmeübertragers, besonders stabil auszubilden, ohne hierbei wesentliche Gewichtsnachteile auf Grund einer massiveren Bauweise in Kauf nehmen zu müssen. Hierdurch kann der vorliegende Wärmeübertrager selbst besonders hohen Arbeitsdrücken von über 50 bar widerstehen, so dass der Wärmeübertrager auch besonders gut als Abgasverdampfer eingesetzt werden kann. Selbst hohen Druckdifferenzen, beispielsweise zwischen einer Abgasseite des Wärmeübertragers mit ca. 5 bar und einer Verdampferseite des Wärmeübertragers mit beispielsweise 30 bar oder mehr, kann der vorliegende Wärmeübertrager auf Grund der vorgesehenen Formschlussmittel dauerhaft widerstehen.Advantageously, in the present case, by means of the means for forming the positive locking, hereinafter also referred to as positive locking means, it is possible to construct a heat exchanger, in particular the heat exchanger block of the heat exchanger, in a structurally particularly simple manner without having to accept substantial weight penalties due to a more massive construction. As a result, the present heat exchanger itself can withstand particularly high working pressures of more than 50 bar, so that the heat exchanger can also be used particularly well as an exhaust gas evaporator. Even high pressure differences, for example, between an exhaust gas side of the heat exchanger with about 5 bar and an evaporator side of the heat exchanger with, for example, 30 bar or more, the present heat exchanger due to the proposed positive locking means can permanently withstand.
Beispielsweise kann hierbei mit Hilfe eines geeigneten Kältemittels, welches auf der Verdampferseite des Wärmeübertragers mittels der Wärmeenergie der auf der Abgasseite befindlichen Abgase verdampft bzw. überhitzt wird, in einer Expansionsmaschine mechanische Energie, zum Beispiel in einer Kolbenmaschine oder einer Turbine, gewonnen werden. Die mechanische Energie könnte direkt in einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges eingeleitet oder zum Antrieb von Nebenaggregaten, wie beispielsweise zum Antrieb eines Generators zur Gewinnung elektrischer Energie, verwendet werden.For example This can be done with the help of a suitable refrigerant, which on the evaporator side of the heat exchanger by means the heat energy of the exhaust gases located on the exhaust side evaporates or superheated, in an expansion machine mechanical Energy, for example in a piston engine or a turbine, be won. The mechanical energy could be direct introduced into a drive train of a motor vehicle or to Drive of ancillaries, such as for driving a Generators for generating electrical energy, can be used.
Jedenfalls weist der erfindungsgemäße Wärmeübertrager trotz eines relativ geringen Gewichts in vorteilhafter Weise eine hohe Dauerfestigkeit auf, indem der Wärmeübertragerblock mit den Abschlusseinrichtungen des Wärmeübertragers zusätzlich mittels der Formschlussmittel formschlüssig verbunden ist.In any case has the heat exchanger according to the invention despite a relatively low weight in an advantageous manner high fatigue strength by the heat exchanger block with the termination devices of the heat exchanger in addition by means of the positive locking means form fit connected is.
Besonders vorteilhaft ist es vorliegend jedoch, dass es mittels des erfindungsgemäßen Aufbaus des Wärmeübertragers auf konstruktiv einfache Weise gelingt, einen besonders einfachen und betriebssicheren Lötprozess mit außergewöhnlich guten Lötergebnissen zu gewährleisten. Dies liegt zum einen daran, dass es auf Grund der Anlageschulter für gestapelte Komponenten des Wärmeübertragers nahezu unmöglich ist, insbesondere in Stapelrichtung der Komponenten, sich in einem kritischen Maße nach außen zu verlagern. Hierdurch können enge Lötspalten zwischen den einzelnen Komponenten gewährleistet werden, so dass sehr gute Lötverbindungen zwischen den Komponenten erzielt werden können. Darüber hinaus kann auf eine zusätzliche Positionierung der Komponenten verzichtet werden, insbesondere auf sonst übliche Schweißhefter oder Lötgestelle, um die Komponenten für den Lötprozess zu fixieren.Especially However, in the present case, it is advantageous that it is produced by means of the invention Structure of the heat exchanger in a structurally simple manner manages a particularly simple and reliable soldering process with exceptionally good soldering results to ensure. This is partly because it's up Reason for the abutment shoulder for stacked components of the Heat exchanger is almost impossible especially in the stacking direction of the components, to a critical extent to relocate to the outside. This can be close Soldering gaps between the individual components guaranteed so that very good solder joints between the Components can be achieved. Furthermore may be on an additional positioning of the components be dispensed with, in particular on otherwise usual welding stapler or Solder racks to the components for the soldering process to fix.
Der Begriff „Formschlussmittel” kann vorliegend alle Gebilde erfassen, welche genügend weit über einen Rand des Wärmeübertragerblocks hinaus ragen, um mit geeignet ausgebildeten radialen Anlageschultern und/oder Nuten der jeweiligen Abschlusseinrichtung des Wärmeübertragers auch formschlüssig kommunizieren zu können.Of the In the present case, the term "positive locking means" can be all Capture structures that are sufficiently far above one Edge of the heat exchanger block out to with suitably designed radial abutment shoulders and / or grooves the respective terminal device of the heat exchanger also be able to communicate positively.
Der Begriff „Anlageschulter” beschreibt vorliegend jegliche Einrichtung einer axialen Abschlusseinrichtung, an welche sich eine Komponente des Wärmeübertragerblocks radial abstützen kann, so dass sich diese Komponente seitlich in einem kritischen Maß nicht aus einer voreingestellte Lage bewegen kann.Of the Term "contact shoulder" describes present any means of an axial termination device to which a component of the heat exchanger block can support radially, so that this component laterally to a critical extent not from a pre-set Able to move.
Mit dem Begriff „Wärmeübertrager” ist vorliegend jegliche Einrichtung beschrieben, mittels welcher Prozesswärme von einem ersten Medium zu einem weiteren Medium übertragen werden kann, so dass das erste Medium hierbei gekühlt werden kann. Insbesondere werden hierbei Wärmeübertrager von Kraftfahrzeugen in Gestalt von Abgasverdampfern erfasst, die in einer Abgasanlage betrieben werden können. Vorzugsweise weist der Wärmeübertragerblock hierbei eine Abgasseite und eine Verdampferseite auf.With the term "heat exchanger" is in the present case, any device is described by means of which process heat transferred from a first medium to another medium can be, so that the first medium are cooled in this case can. In particular, this heat exchangers captured by motor vehicles in the form of exhaust gas evaporators, the can be operated in an exhaust system. Preferably In this case, the heat exchanger block has an exhaust gas side and an evaporator side.
Unter dem Begriff „Abgasanlage” versteht man vorliegend jegliche Komponenten, durch welche Abgase einer Brennkraftmaschine nach dem Verlassen der Brennkraftmaschine geleitet werden. So erfasst der Begriff „Abgasanlage” auch Komponenten einer Abgasrückführung. Insbesondere in einer solchen Abgasrückführung kann der hier beschriebene Abgasverdampfer vorteilhaft integriert sein.Under The term "exhaust system" is understood here any components through which exhaust gases of an internal combustion engine be passed after leaving the engine. So captured the term "exhaust system" also components of a Exhaust gas recirculation. Especially in such a Exhaust gas recirculation can be the exhaust gas evaporator described here be integrated advantageous.
Der Begriff „Wärmeübertragerblock” beschreibt einen wesentlichen Bestandteil des vorliegenden Wärmeübertragers. Der Wärmeübertragerblock umfasst hierbei vorzugsweise die Komponenten des Wärmeübertragers, welche im Wesentlichen einen Wärmeübergang von einem ersten Medium, wie etwa Abgase, zu einem zweiten Medium, wie etwa ein verdampfbares Kühlmittel, ermöglichen. Hierzu weist der Wärmeübertragerblock zumindest Abgaskanäle und Kühlmittelkanäle auf, die vorzugsweise abwechselnd nebeneinander angeordnet sind. Eine bevorzugte Ausführungsvariante sieht vor, dass der Wärmeübertragerblock in einer Sandwichbauweise hergestellt ist. Der Begriff „Sandwichbauweise” ist im Wesentlichen selbsterklärend, wobei insbesondere im Zusammenhang mit dem hier beschriebenen Abgasverdampfer klar ist, dass Abgasebenen mit Kühlmittelebenen alternierend im bzw. am Abgasverdampfer angeordnet sind. Oftmals wird für den Begriff „Sandwichbauweise” auch die Bezeichnung „Scheibenbauweise” verwendet.Of the Term "heat exchanger block" describes an essential part of the present heat exchanger. The heat exchanger block in this case preferably comprises the components of the heat exchanger, which in Essentially a heat transfer from a first Medium, such as exhaust gases, to a second medium, such as a vaporizable Coolant, allow. For this purpose, the heat exchanger block at least exhaust ducts and coolant channels on, which are preferably arranged alternately side by side. A preferred embodiment provides that the heat exchanger block is made in a sandwich construction. The term "sandwich construction" is essentially self-explanatory, in particular in Connection with the exhaust gas evaporator described here is clear, That exhaust levels with coolant levels alternately in or are arranged on the exhaust gas evaporator. Often, for the Term "sandwich construction" also the term "disk construction" used.
Mit dem Begriff „axiale Abschlusseinrichtung” werden jegliche Einrichtungen verstanden, welche an axialen Enden eines Wärmeübertragerblocks angeordnet werden können, um einerseits dem Wärmeübertragerblock zu stabilisieren und insbesondere gegenüber radial wirkenden Druckkräften zu festigen, und um andererseits dem Wärmeübertrager insgesamt einen stabilen und festen Abschluss zu verleihen, so dass er problemlos in eine Abgasanlage integriert werden kann.The term "axial termination device" is understood to mean any device which can be arranged at the axial ends of a heat exchanger block in order to stabilize the heat exchanger block on the one hand and to fasten it in particular to radially acting pressure forces on the other hand, to give the heat exchanger overall a stable and firm conclusion, so that it can be easily integrated into an exhaust system.
Die axialen Eintrittsöffnungen und axialen Austrittsöffnungen beschreiben in diesem Zusammenhang Öffnungen eines Wärmeübertragerblocks, durch welche Abgase einer Brennkraftmaschine an einem ersten axialen Ende des Wärmeübertragerblocks in abgasseitige Ebenen des Wärmeübertragerblocks eintreten und an einem weiteren axialen Ende des Wärmeübertragerblocks aus den abgasseitigen Ebenen wieder austreten können.The axial inlet openings and axial outlet openings describe in this context openings of a heat exchanger block, through which exhaust gases of an internal combustion engine at a first axial end the heat exchanger block in exhaust-side levels enter the heat exchanger block and on a another axial end of the heat exchanger block can exit from the exhaust-gas levels again.
Die vorstehend bereits erläuterten Mittel zum Bilden des Formschlusses des Wärmeübertragerblocks können baulich besonders einfach bereit gestellt werden, wenn die Mittel zum Bilden des Formschlusses von radial äußeren Komponenten des Wärmeübertragerblocks gebildet sind.The already explained means for forming the positive connection The heat exchanger block can structurally Especially easy to be provided when the means to make the positive connection of radially outer components the heat exchanger block are formed.
Wie eingangs bereits erläutert, wird der Wärmeübertragerblock vorzugsweise in einer Sandwichbauweise hergestellt. Hierbei kann der Wärmeübertrager schichtweise mittels einzelner Komponenten, wie Schichtbleche, Abgaskanalebenen und seitlichen Abstandsleisten zum Beabstanden der Schichtbleche und Abgaskanalebenen, konstruktiv einfach aufgebaut werden, indem die einzelnen Komponenten in geeigneter Weise miteinander kassettiert und anschließend vorzugsweise gemeinsam mit axialen Abschlusseinrichtungen verlötet werden. Einen vorteilhaften Aufbau hierzu zeigt ein später noch erläutertes Ausführungsbeispiel.As already explained, the heat exchanger block preferably produced in a sandwich construction. Here can the heat exchanger in layers by means of individual Components such as laminations, exhaust duct levels and lateral spacer strips for spacing the laminations and exhaust duct levels, constructive be easily constructed by the individual components in appropriate Way cassetted with each other and then preferably be soldered together with axial termination devices. An advantageous structure for this purpose will be shown later explained embodiment.
Sehr sicher können die Mittel zum Bilden des Formschlusses radial gelagert werden, wenn die Mittel zum Bilden des Formschlusses in axial geöffnete Nuten der axialen Abschlusseinrichtungen anordenbar sind.Very certainly, the means for forming the positive connection can be radial be stored when the means for forming the positive connection in axially open grooves of the axial termination devices can be arranged.
Werden die vorliegenden Formschlussmittel des Wärmeübertragerblocks insbesondere von radial äußeren Komponenten, wie etwa von äußeren Schichtblechen bzw. Abschlussblechen des Wärmeübertragerblocks oder von äußeren Abstandsleisten gebildet, können die Formschlussmittel vorteilhaft mittels bereits vorhandener Wärmeübertragerblockkomponenten bereit gestellt werden. Hierdurch kann der gesamte Wärmeübertrager gewichtsmäßig leicht gebaut werden und er verfügt zudem über eine besonders hohe Festigkeit. Insbesondere hinsichtlich thermischer Wechsellasten und zyklischer Drucklasten an einem Abgasverdampfer sind besonders hohe und gute Festigkeitseigenschaften besonders vorteilhaft.Become the present positive locking means of the heat exchanger block in particular of radially outer components, such as such as outer laminations or end plates the heat exchanger block or external Spacer strips formed, the positive locking means advantageously by means of already existing heat exchanger block components to be provided. This allows the entire heat exchanger to be lightweight in weight and he has In addition, a very high strength. Especially with regard to thermal alternating loads and cyclic pressure loads on an exhaust gas evaporator are particularly high and good strength properties especially advantageous.
Im Zusammenhang mit einer sehr kompakten Ausführungsvariante ist es vorteilhaft, wenn die radial äußeren Komponenten des Wärmeübertragerblocks eine Hülle des Wärmeübertragerblocks bilden.in the Connection with a very compact design variant it is advantageous if the radially outer components the heat exchanger block a shell form the heat exchanger block.
So ist es weiter besonders vorteilhaft, wenn die Mittel zum Bilden des Formschlusses von Abstandsleisten und/oder von Schichtblechen des Wärmeübertragerblocks gebildet sind.So it is further particularly advantageous if the means of forming the positive connection of spacer strips and / or laminations the heat exchanger block are formed.
Es versteht sich, dass die Schichtbleche, die Abstandsleisten oder sonstige Komponenten eines Wärmeübertragerblocks an den axialen Enden des Wärmeübertragerblocks in unterschiedlicher Gestalt ausgeführt sein können. Sind insbesondere die Abstandsleisten des Wärmeübertragerblocks an ihren axialen Enden radial nach außen oder radial nach innen umgebogen, können Formschlussmittel des Wärmeübertragerblocks besonders einfach ausgebildet sein.It It is understood that the laminations, the spacer strips or other components of a heat exchanger block at the axial ends of the heat exchanger block can be made in different shapes. In particular, are the spacer bars of the heat exchanger block at its axial ends radially outward or radially to bent inside, can form-fitting means of the heat exchanger block be particularly simple.
Die vorliegenden Formschlussmittel eignen sich vorliegend besonders gut, ein radiales Auswandern von Komponenten eines Wärmeübertragerblocks zu verhindern, sei es auf Grund von sehr hohen Betriebsdrücken oder auf Grund eines starken Erhitzens der Komponenten des Wärmeübertragerblocks bei einem Lötvorgang. In jedem Fall können die Komponenten des Wärmeübertragerblocks mittels der Formschlussmittel radial besonders gut unterstützt werden.The Present form-locking agents are particularly suitable in the present case good, a radial migration of components of a heat exchanger block to prevent, be it due to very high operating pressures or due to a strong heating of the components of the heat exchanger block in a soldering process. In any case, the Components of the heat exchanger block by means the positive locking means radially particularly well supported become.
Um insbesondere ein solches radiales Auswandern von Komponenten in Stapelrichtung des Wärmeübertragerblocks zu verhindern, ist es vorteilhaft, wenn sich jeweils eine äußere Komponente des Wärmeübertragerblocks radial an einer entsprechend platzierten Anlageschulter abstützen kann.Around in particular, such a radial migration of components in Stacking direction of the heat exchanger block to prevent it is advantageous if in each case an outer Component of the heat exchanger block radially support a suitably placed contact shoulder can.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die axial geöffneten Nuten der axialen Abschlusseinrichtungen eine äußere Nutschulter und/oder eine innere Nutschulter aufweisen, an welchen sich die Mittel zum Bilden des Formschlusses radial abstützen können.In In this context, it is advantageous if the axially open Grooves of the axial termination devices an outer Nutschulter and / or have an inner groove shoulder on which the means for forming the positive connection are radially supported can.
Bildet darüber hinaus eine radiale Anlageschulter oder eine innere Nutschulter der axial geöffneten Nuten einen axialen Anschlag für Komponenten des Wärmeübertragerblocks, insbesondere für Schichtbleche, Abstandsleisten und/oder Verbindungskanäle des Wärmeübertragerblocks, können Komponenten des Wärmeübertragerblocks auch axial baulich einfach gesichert werden.forms beyond a radial abutment shoulder or an inner Nutschulter the axially open grooves an axial stop for components of the heat exchanger block, in particular for laminations, spacer strips and / or Connecting channels of the heat exchanger block, can be components of the heat exchanger block also axially simple to secure.
Um zumindest einzelne Komponenten des Wärmeübertragerblocks in axialer Richtung besonders sicher fixieren zu können, ist es zusätzlich vorteilhaft, wenn der Wärmeübertragerblock axial wirkende Sicherungsmittel aufweist, welche radial über den Wärmeübertragerblock, insbesondere radial über der Hülle des Wärmeübertragerblocks, hervor stehen. Die axialen Sicherungsmittel können kumulativ oder alternativ zu den zuvor erläuterten Formschlussmitteln vorgesehen werden. Besonders vorteilhaft sind die axialen Sicherungsmittel hinsichtlich noch nicht miteinander verlöteter Komponenten des Wärmeübertragerblocks, da mittels der axial wirkenden Sicherungsmittel die Gefahr verringert werden kann, dass sich die Komponenten des Wärme übertragerblocks insbesondere vor oder während des Lötens eines Wärmeübertragers axial zueinander verschieben.In order to be able to fix particularly securely at least individual components of the heat exchanger block in the axial direction, it is additionally advantageous if the heat exchanger block has axially acting securing means which radially over the heat exchanger block, in particular radially over the shell of the heat exchanger block, stand out. The axial securing means can be provided cumulatively or alternatively to the previously described positive locking means. Particularly advantageous are the axial securing means with respect to not yet soldered together components of the heat exchanger block, as by means of the axially acting locking means the risk can be reduced that the components of the heat exchanger block, in particular before or during the soldering of a heat exchanger axially move each other.
Ähnlich wie bei den Formschlussmitteln ist es auch hinsichtlich der axial wirkenden Sicherungsmittel vorteilhaft, wenn die axial wirkenden Sicherungsmittel an den Schichtblechen und/oder an den Abstandsleisten angeordnet sind. So können auch die axial wirkenden Sicherungsmittel mittels bereits vorhandener Komponenten des Wärmeübertragerblocks baulich einfach bereit gestellt werden.Similar As with the positive locking means, it is also in terms of axial acting securing means advantageous when the axially acting Securing means on the laminations and / or on the spacer strips are arranged. So can the axially acting securing means by means of already existing components of the heat exchanger block structurally simple to be provided.
Damit die axial wirkenden Sicherungsmittel vorteilhaft mit den axialen Abschlusseinrichtungen des Wärmeübertragers Wechselwirken können, ist es vorteilhaft, wenn die axialen Abschlusseinrichtungen radial geöffnete Sicherungsnuten für die axial wirkende Sicherungsmittel des Wärmeübertragerblocks aufweisen.In order to the axially acting securing means advantageous with the axial End devices of the heat exchanger interact can, it is advantageous if the axial termination devices radially opened locking grooves for the axially acting Have securing means of the heat exchanger block.
Sind die radial geöffneten Sicherungsnuten axial vor den axial geöffneten Nuten angeordnet, können die radial geöffneten Sicherungsnuten problemlos an den axialen Abschlusseinrichtungen angearbeitet werden.are the radially open locking grooves axially in front of the axial arranged open grooves, the radial open safety grooves easily on the axial termination devices be worked on.
Weisen eine axial geöffnete Nut der axialen Abschlusseinrichtungen und/oder eine radial geöffnete Sicherungsnut der axialen Abschlusseinrichtungen ein Lotmitteldepot auf, gestaltet sich ein gemeinsamer Lötvorgang des Wärmeübertragers als besonders einfach, da mittels eines solchen Lotmitteldepots vorteilhaft Lot an die Lötbereiche bereit gestellt werden kann.Point an axially open groove of the axial termination devices and / or a radially opened locking groove of the axial Terminals on a Lotmitteldepot, is designed common soldering process of the heat exchanger as a particularly simple, because by means of such a Lotmitteldepots Advantageously Lot be provided to the soldering areas can.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsvariante sieht vor, dass die axialen Abschlusseinrichtungen einen Anschlussflansch für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges aufweisen. Mittels eines solchen Anschlussflansches kann ein Wärmeübertrager, insbesondere ein Abgasverdampfer, besonders vorteilhaft in eine Abgasanlage eingebaut werden. Insbesondere kann eine axiale Abschlusseinrichtung auch unmittelbar einen Diffusor einer Abgasanlage umfassen.A Another advantageous embodiment provides that the axial termination devices a connection flange for have an exhaust system of a motor vehicle. By means of a Such a connection flange can be a heat exchanger, in particular an exhaust gas evaporator, particularly advantageous in one Exhaust system to be installed. In particular, an axial termination device also directly comprise a diffuser of an exhaust system.
Hinsichtlich eines konkreten Beispiels kann ein Abgasverdampfer in Rahmenbauweise ausgeführt sein. Hierbei dienen weitgehend flache Trennbleche als Trennwände zwischen Kanälen für zwei Medien, Abgase und Kältemittel, wobei die Kanäle nach Außen gegenüber der Umgebung durch Rahmen, bevorzugt weitgehend rechteckige Leisten, abgeschlossen werden. Abgaskanäle des Abgasverdampfers sind in Längsrichtung nicht verschlossen, so dass eine axiale Durchströmung des Abgasverdampfers mit Abgasen ermöglicht wird. Kältemittelkanäle sind hingegen in Längsrichtung durch jeweils eine bevorzugt weitgehend rechteckige Leiste verschlossen, so dass keine Abgase in die Kältemittelkanäle eintreten können. Die Kältemittelkanäle stehen durch rohrartige Verbindungskanäle, die durch die Abgaskanäle geführt werden, miteinander in Verbindung. Der Abgasverdampfer ist vorzugsweise beidseitig berippt, wobei sich die Rippen auf der Abgasseite und auf der Kältemittelseite stark scheiden. Auf der Abgasseite können übliche Abgaskühlerrippen verwendet werden, beispielsweise wellig ausgeführte Rippe, oder Stegrippen mit einer geraden oder schrägen Verzahnung. Es ist hierbei ein Kernpunkt, dass ein axialer Abschluss des Abgasverdampfers, also der Abgaseintritt und Abgasaustritt, als ein Flansch bzw. Diffusor in einer umlaufenden Lötverbindung mit einem Wärmeübertragerblock verlötet ist, wobei beispielsweise der Flansch den Block außen umschließen kann und die Lötverbindung außen umlaufend am Block verläuft. Oder aber der Flansch kann innen eingesteckt sein. Der Flansch bzw. Diffusor wird bevorzugt über den kassettierten Block in axialer Richtung übergesteckt und fixiert den Block während des Lötprozesses vorteilhaft. Um einen engen Lötspalt sicherstellen zu können, müssen in diesem Fall die Leisten in der Regel zusätzlich gegen ein Verrutschen nach innen fixiert werden, z. B. durch eine Vormontage mit jeweils einem Trennblech zu einer Baugruppe. Im typischen Fall tritt durch die Verpressung der Baugruppe während des Lötprozesses zur Sicherstellung enger Lötspalte während des Lötprozesses ein erheblicher Schwund in Stapelrichtung auf. Dieser Schwund wird insbesondere dann noch größer, wenn Lotpasten eingesetzt werden, bei denen sich die Lotschichtdicke durch Ausgasen des Binders während des Lötprozesses erheblich reduziert. In diesem Fall muss der Flansch eingesteckt werden und die umlaufende Verbindung verläuft auf der Innenseite der ”Blockwand” aus Trennblechen und Leisten. Die Trennbleche sind dann an den Seiten axial verlängert und auch die äußeren Leisten stehen axial über die Medienkanäle über, so dass hierdurch zwei geschlossene Außenwände entstehen. Diese werden bevorzugt in eine in Stapelrichtung verlaufende Nut im Diffusor oder Flansch des Abgasverdampfers eingesteckt. Hierdurch kann eine genaue Positionierung der Leisten und Trennbleche quer zur Stapelrichtung erreicht werden und es entsteht quer zur Stapelrichtung jeweils ein enger gut verlötbarer Spalt zwischen den beiden Seitenflanken der Nute und den Leisten und Trennblechen. Das unterste Trennblech in Stapelrichtung (Trennung des untersten Kanales nach Außen) ist in Stapelrichtung auf eine Schulter des Flansches bzw. Diffusors aufgelegt. Der Flansch bzw. Diffusor hat eine weitere obere Schulter, auf die das oberste Trennblech in Stapelrichtung (Trennung des obersten Kanals nach Außen) aufgelegt wird. Beim Kassettieren des Abgasverdampfers kann zwischen oberstem Trennblech und etwa dem Flansch zunächst ein Spalt vorliegen, der sich während des Lötprozesses durch den Schwund schließt. Es entsteht ein geschlossener, umlaufender lateraler Lötspalt, der eine dichte und mechanisch haltbare Lötverbindung von Block und Flansch bzw. Diffusor ermöglicht. In einer Variante hierzu können Trennbleche seitliche Überstände (Widerhaken) nach außen und/oder seitliche Überstände nach innen haben, die in eine entsprechende laterale Nut etwa des Flansches, die in Stapelrichtung verläuft, eingreifen und eine axiale Fixierung der Trennbleche und des Flansches bzw. Diffusors ermöglichen. Die Trennbleche und Rahmen werden in Stapelrichtung in den Flansch eingeschoben und es ergibt sich ein Formschluss. So wird insbesondere während des Lötprozesses verhindert, dass etwa der Flansch axial abkippen kann, und es kann auf eine weitere Fixierung des Flansches beispielsweise durch ein Lötgestell verzichtet werden. Auch Leisten und Trennbleche sind positioniert sowie axial und seitlich fixiert, und es muss keine Vormontage zu Trennblech/Rahmen-Baugruppen, beispielsweise mittels Schweißhefter, erfolgen. Bezüglich der Herstellbarkeit ist es vorteilhaft, wenn die Widerhaken in dem Bereich des Flansches bzw. des Diffusors zu liegen kommen, in welchem ein Trennblechüberstand nicht mehr beidseitig von der Nut eingeschlossen ist. Alternativ oder ergänzend hierzu können auch an Seitenleisten der Kanäle Widerhaken ausgeformt sein. Weiterhin können die Seitenleisten an den Enden nach innen oder nach außen gebogen werden und so in eine entsprechende Nut im Flansch eingreifen, um den Flansch axial während des Lötprozesses zu fixieren. In allen geschilderten Fällen kann der Flansch bzw. der Diffusor in der Regel nicht axial aufgeschoben werden, sondern die Komponenten werden während eines Kassettierprozesses in Stapelrichtung radial in den Flansch eingeführt. Die Nut kann tiefer als die Einstecktiefe der Trennbleche und Leisten ausgeführt sein, wodurch sie zugleich als Lotdepot genutzt werden kann. Hierdurch ergibt sich ein besonders einfacher Belotungsprozess. Um zu verhindern, dass das Lot beim Kassettieren heraus gekratzt wird, kann die Nut, insbesondere in axialer Richtung des Abgasverdampfers, gestuft ausgeführt sein, so dass sich ein Anschlag für die eingesteckten Komponenten und hierdurch ein geschütztes Lotdepot ergibt. Weiter kann der Flansch bzw. der Diffusor bis an den Beginn der Kanäle heran reichen und einen axialen Anschlag etwa für eine Gasrippe und eine Endleiste, die einen Kältemittelkanal axial verschließt, bilden. Zum Kanalinneren hin kann für diese Endleiste das Rippenblech als Anschlag dienen, so dass ebenfalls keine Vorfixierung (beispielsweise durch Schweißhefter) für diese Endleiste erforderlich ist. Der Flansch bzw. der Diffusor kann weiterhin auch ein Rohrsegment bzw. Verbindungskanal axial fixieren, das als Durchtritt für das Kältemittel dient. Eine Fixierung in anderen Richtungen kann vorteilhaft durch eine passende Aussparung in der Gasrippe und/oder durch die Längsleiste (Abdichtung nach Außen) des Wärmetau schers erfolgen. Die Medien werden bevorzugt im Gegenstrom geführt. Insbesondere wird das Kältemittel bevorzugt mit einer hohen Zahl von Umlenkungen (10 bis 300) mäandernd durch den Kältemittelkanal geführt. Nach dem Einbau im Fahrzeug liegt die Stapelrichtung dann bevorzugt in etwa horizontal. Bei einer Gegenstromarchitektur ist die Längsachse des Abgasverdampfers bezüglich der Kältemittelführung bevorzugt horizontal oder ansteigend angeordnet. Bei einer stark ansteigenden Längsachse des Abgasverdampfers bezüglich der Kältemittelführung (> ca. 15 bis 45° gegenüber der Horizontalen bei schlanker, langgestreckter Ausführung bzw. > ca. 45 bis 70° bei gedrungener Ausführung), hat die Orientierung der Stapelrichtung des Abgasverdampfers im eingebauten Zustand in der Regel nur eine untergeordnete Bedeutung und kann weitgehend frei gewählt werden. Die vorstehend erläuterte Bauform eignet sich besonders für Abgasverdampfer, kann aber auch für andere hochbeanspruchte Wärmeübertrageranwendungen geeignet sein, insbesondere für Gas-Flüssigkeitswärmetauscher, wie Abgaskühler, Ladeluftkühler u. a.With regard to a concrete example, an exhaust gas evaporator can be designed in frame construction. Here are largely flat partitions as partitions between channels for two media, exhaust gases and refrigerant, the channels are closed to the outside with respect to the environment by frame, preferably largely rectangular strips. Exhaust gas channels of the exhaust gas evaporator are not closed in the longitudinal direction, so that an axial flow through the exhaust gas evaporator is made possible with exhaust gases. Refrigerant channels, however, are closed in the longitudinal direction by a preferably substantially rectangular bar, so that no exhaust gases can enter the refrigerant channels. The refrigerant passages communicate with each other through pipe-like communication passages passing through the exhaust passages. The exhaust gas evaporator is preferably ribbed on both sides, wherein the ribs on the exhaust side and on the refrigerant side divide strongly. On the exhaust side conventional exhaust radiator ribs can be used, for example, wavy executed rib, or rib ribs with a straight or oblique teeth. It is a key point here that an axial end of the exhaust gas evaporator, ie the exhaust gas inlet and exhaust gas outlet, is soldered as a flange or diffuser in a peripheral solder joint with a heat exchanger block, for example, the flange can enclose the outside of the block and the soldered outside circulating on the outside Block runs. Or the flange can be inserted inside. The flange or diffuser is preferably placed over the cassette-mounted block in the axial direction and fixes the block during the soldering process advantageous. In order to ensure a tight soldering gap, in this case, the strips must be fixed in addition to slipping inward in the rule, for. B. by a pre-assembly, each with a baffle to an assembly. Typically, compression of the assembly during the soldering process to ensure close solder gaps during the soldering process results in significant stack-up shrinkage. This shrinkage is particularly greater when solder pastes are used, in which the solder layer thickness is significantly reduced by outgassing of the binder during the soldering process. In this case, the flange must be plugged in and the circumferential connection runs on the inside of the "block wall" of dividers and strips. The dividers are then axially extended on the sides and also the outer strips are axially on the media channels, so that in this way two closed outer walls arise. These are preferably inserted into a groove running in the stacking direction in the diffuser or flange of the exhaust gas evaporator. In this way, an accurate positioning of the strips and separating plates can be achieved transversely to the stacking direction and there is transverse to the stacking direction in each case a narrow well solderable gap between the two side edges of the groove and the strips and dividers. The lowest separating plate in the stacking direction (separation of the lowest channel to the outside) is in the stacking direction on a shoulder of the flange or diffuser placed. The flange or diffuser has a further upper shoulder on which the uppermost divider plate in the stacking direction (separation of the uppermost channel to the outside) is placed. When Kassettieren the exhaust gas evaporator may initially be present between the top plate and about the flange, a gap that closes during the soldering process by the shrinkage. The result is a closed, circumferential lateral solder gap, which allows a dense and mechanically durable solder joint of block and flange or diffuser. In a variant of this, separating plates may have lateral projections (barbs) towards the outside and / or lateral projections inwards, which engage in a corresponding lateral groove, for instance of the flange, which runs in the stacking direction, and an axial fixation of the separating plates and the flange or diffuser enable. The dividers and frames are inserted in the stacking direction in the flange and there is a positive connection. Thus, it is prevented in particular during the soldering process that, for example, the flange can tilt axially, and it can be dispensed with a further fixation of the flange, for example by a soldering frame. Also strips and dividers are positioned and axially and laterally fixed, and there must be no pre-assembly to baffle / frame assemblies, for example by means of welding stapler done. With regard to manufacturability, it is advantageous if the barbs come to lie in the region of the flange or of the diffuser, in which a separating plate projection is no longer enclosed on both sides by the groove. Alternatively or additionally, barbs may also be formed on side strips of the channels. Furthermore, the side rails may be bent inwardly or outwardly at the ends to engage a corresponding groove in the flange to axially fix the flange during the soldering process. In all cases described, the flange or the diffuser can not be pushed axially as a rule, but the components are introduced during a Kassettierprozesses in the stacking direction radially into the flange. The groove can be made deeper than the insertion depth of the dividers and strips, whereby it can be used at the same time as a solder depot. This results in a particularly simple Belotungsprozess. In order to prevent the solder from being scraped out during cassetting, the groove, in particular in the axial direction of the exhaust gas evaporator, can be stepped, so that there is a stop for the inserted components and thus a protected solder deposit. Furthermore, the flange or the diffuser can extend as far as the beginning of the channels and form an axial stop approximately for a gas fin and an end strip which axially closes a coolant channel. Towards the inside of the channel, the ribbed plate can serve as a stop for this end strip, so that likewise no prefixing (for example by welding stapler) is required for this end strip. The flange or the diffuser can also axially fix a pipe segment or connecting channel, which serves as a passage for the refrigerant. A fixation in other directions can advantageously be done by a matching recess in the gas fin and / or by the longitudinal bar (sealing to the outside) of the Wärmetau shear. The media are preferably conducted in countercurrent. In particular, the refrigerant is preferably guided meandering through the coolant channel with a high number of deflections (10 to 300). After installation in the vehicle, the stacking direction is then preferably approximately horizontal. In a countercurrent architecture, the longitudinal axis of the exhaust gas evaporator with respect to the refrigerant guide is preferably arranged horizontally or rising. With a strongly increasing longitudinal axis of the exhaust gas evaporator with respect to the refrigerant guide (> about 15 to 45 ° relative to the horizontal with slender, elongated design or> about 45 to 70 ° with squat design), has the orientation of the stacking direction of the exhaust gas evaporator in the installed state usually only a minor meaning and can be largely freely chosen. The above-described design is particularly suitable for exhaust gas evaporator, but may also be suitable for other highly stressed heat exchanger applications, in particular for gas-liquid heat exchanger, such as exhaust gas cooler, charge air cooler, among others
Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung anliegender Zeichnung erläutert, in welcher beispielhaft ein Abgasverdampfer mit seinen Komponenten und mit alternativ ausgebildeten Formschlussmitteln dargestellt ist. Komponenten, welche in den Figuren wenigstens im Wesentlichen hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmen, können hierbei mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet sein, wobei diese Komponenten nicht in allen Figuren beziffert und erläutert sein müssen.Further Advantages, objects and characteristics of the present invention explained on the basis of the following description of the appended drawing, in which, for example, an exhaust gas evaporator with its components and shown with alternatively designed positive locking means is. Components which in the figures at least substantially with regard to their function in this case be marked with the same reference numerals, these Components not quantified and explained in all figures have to be.
Es zeigtIt shows
Bei
der in der
Vor
dem Abgasverdampfer
Mittels
der Abgase der Brennkraftmaschine
Mittels
des Kondensators
Es
versteht sich, dass an den Abgasverdampfern
Die
Abgasseite
Gemäß der
Explosionsansicht
Der
Abgaskanal
Das
Abgasschichtblech
Die
axialen Abstandsleisten
Weitere
Abgasebenen
Die
Kühlmittelebenen
Die
Komponenten
An
dem zweiten axialen Ende
An
dem ersten axialen Ende
Um
einen außergewöhnlich guten Formschluss zwischen
dem Wärmeübertragerblock
Die
eher horizontalen Formschlussmittel
Die
eher vertikalen Formschlussmittel
Vorteilhafter
Weise kann an den Formschlussmitteln
Die
in der
In
die axial geöffneten Nuten
Darüber
hinaus kann die innere Nutschulter
Die
in der
Während
die axial wirkenden Sicherungsmittel
Es
versteht sich, dass auch die vorstehend erläuterten Abstandsleisten
Besonders
vorteilhaft ist es, wenn an einer Nut
In
den
Bei
der ersten Möglichkeit
Bei
der zweiten Möglichkeit
Bei
der weiteren Möglichkeit
Bei
einer alternativen Möglichkeit
- 11
- Verschaltunginterconnection
- 22
- BrennkraftmaschineInternal combustion engine
- 33
- erster Abgasverdampferfirst exhaust gas evaporator
- 44
- HauptabgasleitungMain exhaust line
- 55
- Abgasanlageexhaust system
- 66
- zweiter Abgasverdampfersecond exhaust gas evaporator
- 77
- AbgasrückführleitungExhaust gas recirculation line
- 88th
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 99
- heiße Abgasseitename is exhaust side
- 1010
- kühlere Verdampferseitecooler evaporator side
- 1111
- Turbineturbine
- 1212
- Umgebungsluftambient air
- 1313
- Zuluftleitungair supply
- 1414
- Kondensatorcapacitor
- 1515
- KühlmittelleitungCoolant line
- 1616
- Expansionsmaschineexpander
- 1717
- Verdichtercompressor
- 2020
- Wärmeübertragerblockheat exchanger block
- 2121
- Explosionsansichtexploded view
- 2222
- Sandwichbauweisesandwich construction
- 2323
- Abgasebeneexhaust gas level
- 2424
- KühlmittelebeneCooling center plane
- 2525
- Komponentencomponents
- 2626
- äußere Komponenteouter component
- 2727
- äußeres Schichtblechouter layer sheet
- 2828
- Abgaskanalexhaust duct
- 2929
- AbgasschichtblechExhaust layer sheet
- 3030
- Kühlmittelrippe/Rippe für ArbeitsmediumCoolant rib / ridge for working medium
- 3131
- KühlmittelschichtblechCoolant layer sheet
- 3232
- axiale Abstandsleisteaxial spacer bar
- 3333
- axiale Abstandsleisteaxial spacer bar
- 3434
- axiale Abstandsleisteaxial spacer bar
- 3535
- axiale Abstandsleisteaxial spacer bar
- 3636
- radiale Abstandsleisteradial spacer bar
- 3737
- radiale Abstandsleisteradial spacer bar
- 3838
- Längserstreckunglongitudinal extension
- 3939
- Verbindungskanäleconnecting channels
- 4040
- KühlmitteleinlassCoolant inlet
- 4141
- Kühlmittelauslasscoolant outlet
- 4545
- erstes axiales Endefirst axial end
- 4646
- axiale Eintrittsöffnungenaxial inlet openings
- 4747
- zweites axiales Endesecond axial end
- 4848
- axiale Austrittsöffnungenaxial outlet openings
- 4949
- axiale Abschlusseinrichtungaxial termination
- 5050
- Flanschflange
- 5151
- alternative axiale Abschlusseinrichtungalternative axial termination device
- 5252
- Diffusordiffuser
- 5555
- FormschlussmittelFit means
- 5656
- FormschlussmittelFit means
- 5757
- FormschlussmittelFit means
- 5858
- FormschlussmittelFit means
- 5959
- axial geöffnete Nutaxial open groove
- 6060
- axial geöffnete Nutaxial open groove
- 6161
- axial geöffnete Nutaxial open groove
- 6262
- axial geöffnete Nutaxial open groove
- 6363
- axiale Naseaxial nose
- 6464
- axiale Naseaxial nose
- 6565
- äußere Nutschulterouter groove shoulder
- 6666
- innere Nutschulterinner groove shoulder
- 6767
- axialer Anschlagaxial attack
- 6868
- axial wirkende Sicherungsmittelaxial acting securing means
- 6969
- axial wirkende Sicherungsmittelaxial acting securing means
- 7070
- Hülleshell
- 7171
- radial geöffnete Nutenradial open grooves
- 7272
- radial nach innen gerichtete Sicherungsmittelradial inward securing means
- 7575
- LotmitteldepotLotmitteldepot
- 7676
- Lötbereichsoldering
- 7777
- Leistenrahmenbar frame
- 7878
- erste Möglichkeitfirst possibility
- 7979
- zweite Möglichkeitsecond possibility
- 8080
- Senkedepression
- 8181
- weitere MöglichkeitFurther possibility
- 8282
- zusätzliche Erhöhungadditional increase
- 8383
- alternative Möglichkeitalternative possibility
- 8484
- Schwalbenschwanz-VerbindungDovetail joint
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- - US 6953009 B2 [0005] - US 6953009 B2 [0005]
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Publication Number | Publication Date |
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