-
Die
Erfindung bezieht sich auf einen Kfz-Abgaskühler mit einer mantelgekühlten Innenkassette zur
Kühlung
von Abgas eines Verbrennungsmotors.
-
Herkömmliche
Kfz-Abgaskühler,
beispielsweise Abgasrückführungs-Abgaskühler, weisen
ein Kühlmittelgehäuse auf,
in dem wenige Millimeter nach innen beabstandet eine Innenkassette
angeordnet ist, durch die das Abgas geführt wird. In dem Zwischenraum
zwischen der Innenkassette und dem Kühlmittelgehäuse fließt das flüssige Kühlmittel, das in der Regel
von unter Druck stehendem Kühlwasser gebildet
wird. Die Innenkassette ist also mantelgekühlt.
-
Die
Innenkassette besteht in der Regel aus zwei Aluminium-Druckguss-Teilen, nämlich einem
im Wesentlichen fünf
Seiten umschließenden
Gehäusekörper und
einem die Öffnungsseite
des Gehäusekörpers abschließenden Kassettendeckel.
Der Randbereich des Kassettendeckels und der öffnungsnahe Randbereich des
Gehäusekörpers werden
durch eine umlaufende radiale Schweißnaht flüssigkeitsdicht und gasdicht
miteinander verbunden. Die Schweißnaht ist im Wesentlichen radial
angeordnet, das heißt,
sie überbrückt den
Spalt zwischen dem Gehäusekörper und
dem Kassettendeckel-Randbereich im Wesentlichen parallel zur Grundebene
des Kassettendeckels.
-
Im
Betrieb treten in der Innenkassette hohe Gasdrücke und Pulsationen auf, durch
die der Kassettendeckel konvex nach außen gewölbt wird. Durch die Wölbung verkürzen sich
die effektive Länge
und Breite des Kassettendeckels, wodurch wiederum hohe Zugspannungen
auf die Schweißnaht wirken.
Da Schweißnähte in Bezug
auf Zugspannungen empfindlich sind, müssen diese entsprechend tief
ausgebildet sein, was prozessual problematisch und aufwändig, und
ab einer bestimmten Schweißnaht-Tiefe
nicht mehr ohne weiteres möglich
ist. Dies trifft insbesondere auf automatisierte Schweißverfahren
zu, beispielsweise auf das Rührreibschweißen.
-
Eine
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kfz-Abgaskühler zu schaffen, bei dem die
Herstellung der Verbindung und Abdichtung zwischen dem Kassettendeckel
und dem Gehäusekörper vereinfacht
ist.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
einen Kfz-Abgaskühler
mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 beziehungsweise 7.
-
Der
Kfz-Abgaskühler
gemäß Patentanspruch
1 weist an dem Randbereich des Kassettendeckels einerseits und an
dem Randbereich des Gehäusekörpers andererseits
proximal der Schweißnaht
jeweils eine umlaufende Stützschulter
auf, wobei die beiden Stützschultern
derart aneinander abgestützt
sind, dass radiale Zugkräfte
des Kassettendeckels von den Stützschultern
auf den Gehäusekörper übertragen
werden. Die radialen Zugkräfte
des Kassettendeckels, das heißt,
die Zugkräfte
in der Grundebene des Kassettendeckels, werden zu großen Teilen über die
beiden Stützschultern übertragen,
und nicht mehr über
die Schweißnaht.
-
Zwar
wird der Kassettendeckel bei Überdruck
innerhalb der Innenkassette unverändert nach außen gewölbt, jedoch
werden hierdurch im Wesentlichen nur noch Schubkräfte in die
Schweißnaht
eingeleitet, durch die der Kassettendeckel in der Öffnung der
Innenkassette gehalten wird. Die für die Schweißnaht viel
problematischeren radialen Zugkräfte
werden dagegen im Wesentlichen durch die radial wirkenden Stützschultern
aufgenommen. Die Schweißnaht
kann daher mit entsprechend geringer Tiefe ausgebildet sein, wobei
gleichzeitig ihre Dauerfestigkeit erhöht ist.
-
Vorzugsweise
sind die Stützschultern
in Bezug auf die Fügeachse
keilförmig
ausgebildet, wobei der Keilwinkel der Stützschultern zu der Fügeachse besonders
bevorzugt kleiner als 15° ist.
Durch das Anwinkeln der Stützschultern
in Bezug auf die Fügeachse,
also die Achse, in der der Kassettendeckel in seine Schließposition
auf den Öffnungsrand
des Gehäusekörpers bewegt
wird, wird das Zusammenführen
der beiden genannten Bauteile erleichtert, werden die beiden Bauteile
zueinander zentriert und lässt
sich der Kassettendeckel mit radialer Vorspannung mit dem Gehäusekörper verschweißen. Bei
einem Keilwinkel von weniger als 15° wird die Reibung zwischen den
Stützschultern
so groß,
dass beim Auftreten radialer Zugkräfte hierdurch nur geringe Schubkräfte senkrecht
zu den Zugkräften
in die Schweißnaht
eingeleitet werden.
-
Vorzugsweise
liegen die beiden Stützschultern über den
gesamten Umfang wenigstens linienförmig, bevorzugt jedoch flächig aneinander
an. Hierdurch werden die auftretenden Zugkräfte auf eine große Fläche und
gleichmäßig über den
Umfang verteilt von den Stützschultern übertragen.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung ist die Innenkassette von einem Kühlmittelgehäuse umgeben.
Zwischen dem Kühlmittelgehäuse und
der Innenkassette besteht ein Abstand von mindestens mehreren Millimetern.
In dem hierdurch gebildeten Zwischenraum fließt ein flüssiges Kühlmittel, bevorzugt Kühlwasser,
durch das die Innenkassette von außen gekühlt wird.
-
Vorzugsweise
sind der Gehäusekörper und der
Kassettendeckel aus Aluminium-Druckguss gefertigt.
-
Gemäß einem
nebengeordneten Patentanspruch weist der Kfz-Abgaskühler eine
mantelgekühlte
Innenkassette und ein die Innenkassette umgebendes Kühlmittelgehäuse auf.
Die Innenkassette weist einen im Wesentlichen fünf Seiten umschließenden Gehäusekörper mit
einer Öffnungsseite
auf, die durch einen Kassettendeckel verschlossen ist. Der Randbereich
des Kassettendeckels und der öffnungsnahe
Randbereich des Gehäusekörpers sind abdichtend
durch eine umlaufende Schweißnaht
miteinander verbunden. Zwischen dem Kassettendeckel und dem Kühlmittelgehäuse ist
mindestens eine Stützstelle
vorgesehen, die proximal der Schweißnaht liegt und durch sie der
Kassettendeckel gegen konvexes Ausbeulen nach außen abgestützt ist.
-
Die
Stützstelle
sollte möglichst
in der Nähe des
Scheitelpunktes der konvexen Wölbung
des Kassettendeckels liegen, die der Kassettendeckel bei fehlender
Abstützung
und hohem Kassetten-Innendruck einnehmen würde. Durch die außenseitige zusätzliche
Abstützung
des Kassettendeckels wird die Wölbung
des Kassettendeckels bei innenseitiger Beaufschlagung mit Überdruck
auf ein Minimum reduziert. Hierdurch wiederum wird die Verringerung der
effektiven Länge
und Breite des Kassettendeckels ebenfalls auf ein Minimum reduziert,
so dass auch die in die Schweißnaht
eingeleiteten Zugkräfte erheblich
reduziert werden. Insbesondere werden die Spannungsspitzen abgeschnitten.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform wird
die Stützstelle
u. a. von mindestens einem Stützkeil
gebildet, der den Kassettendeckel gegen das Kühlmittelgehäuse verklemmt. Das Kühlmittelgehäuse weist
eine Montageöffnung
auf, in die die Innenkassette beim Zusammenbau des Abgaskühlers eingesteckt
wird. Der Stützkeil
ist derart angeordnet, dass beim Einschieben der Innenkassette in
das Kühlmittelgehäuse der
Stützkeil
in der Endposition der Innenkassette auf ein entsprechendes gegenüberliegendes
Stützteil
aufschiebt. Auch das gegenüberliegende
Stützteil
kann als umgekehrt angeordneter, komplementärer Stützkeil ausgebildet sein. Durch
die Ausbildung als Stützkeil
können
Toleranzen beim Abstand des Kassettendeckels von dem Kühlmittelgehäuse in gewissen
Grenzen so ausgeglichen werden, dass eine ausreichende Abstützung des
Kassettendeckels stets gewährleistet
ist.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung erstreckt sich die Stützstelle quer zur Montagerichtung über mindestens
die Hälfte
der Breite des Kassettendeckels. Der Kassettendeckel wird also nicht
nur an einem einzigen Punkt abgestützt, sondern über eine gewisse
Breite, die quer zur Montagerichtung verläuft. Hierdurch wird die Stützkraft
auf eine Linie oder auf eine Fläche
verteilt.
-
Im
Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zwei Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher
erläutert.
-
Es
zeigen:
-
1:
ein erstes Ausführungsbeispiel
eines Abgaskühlers
im Querschnitt mit umlaufenden Stützschultern,
-
2:
ein vergrößerter Ausschnitt
des 1, in dem die Stützschultern und die Schweißnaht dargestellt
sind,
-
3:
ein zweites Ausführungsbeispiel
eines Abgaskühlers
im Querschnitt mit einer Stützstelle
zwischen dem Kühlmittelgehäuse und
dem Kassettendeckel, und
-
4:
ein vergrößerter Ausschnitt
der 1, in dem die Stützstelle zwischen dem Kassettendeckel
und dem Kühlmittelgehäuse dargestellt
ist.
-
In
den 1 und 2 ist im Querschnitt ein Kfz-Abgaskühler 10 dargestellt,
der in einem Kraftfahrzeug im Verlauf einer Abgasrückführung angeordnet
ist und der Kühlung
des zurückgeführten Abgases
dient. Der Abgaskühler 10 weist
ein Kühlmittelgehäuse 12 und
eine Innenkassette 14 auf. Das Kühlmittelgehäuse 12 und die Innenkassette 14 sind an
allen Seiten mehrere Millimeter voneinander beabstandet. Der zwischen
der Innenkassette 14 und dem Kühlmittelgehäuse 12 gebildete Kühlflüssigkeitsraum 16 ist
beispielsweise mit Wasser gefüllt
beziehungsweise durchströmt.
Die Innenkassette 14 ist also mantelgekühlt.
-
Die
Innenkassette 14 besteht im Wesentlichen aus einem im Wesentlichen
fünf Seiten
umschließenden
Gehäusekörper 18 und
einem die Öffnungsseite
des Gehäusekörpers 18 abschließenden Kassettendeckel 20.
Der Gehäusekörper 18 und
der Kassettendeckel 20 sind jeweils einstückig aus
Aluminium-Druckguss gefertigt. Der Gehäusekörper 18 und der Kassettendeckel 20 weisen
jeweils versetzt zueinander angeordnete und nach innen ragende Kühlrippen 22, 24 auf.
Der Kassettendeckel 20 weist in seinem Randbereich 26 eine über den
gesamten Umfang umlaufende Stützschulter 28 auf,
die eine über
den gesamten Öffnungsumfang
umlaufende Stützschulter 30 im öffnungsnahen
Randbereich 32 des Gehäusekörpers 18 außen umgreift.
-
Der
Kassettendeckel 20 ist durch eine umlaufende Schweißnaht 34 mit
dem Gehäusekörper 18 flüssigkeitsdicht
und gasdicht mechanisch verbunden. Im Randbereich 32 des
Gehäusekörpers 18 und
im Randbereich des Kassettendeckels 20 sind hierzu jeweils
umlaufende Ausnehmungen 36, 38 vorgesehen. Die
Schweißnaht 34 wird
durch Rührreibschweißen erzeugt,
kann jedoch auch auf andere Weise erzeugt werden.
-
Die
beiden Stützschultern 28, 30 sind
jeweils keilförmig
ausgebildet, wobei der Keilwinkel a der Anlageflächen 40, 42 der
Stützschultern 28, 30 zu
einer Fügeachse 44 jeweils
ungefähr
10° beträgt. Die Stützschultern 28, 30 sind
proximal der Schweißnaht 34 angeordnet.
-
Der
Kassettendeckel 20 sitzt mit einer gewissen Vorspannung
in der Fügeachse 44 auf
dem Gehäusekörper 18 auf.
Hierdurch liegen die Anlageflächen 40, 42 der
beiden Stützschultern 28, 30 vollflächig und über den
gesamten Umfang radial vorgespannt aufeinander. Hierdurch wird sichergestellt, dass
bei durch inneren Überdruck
beziehungsweise durch entsprechende Schwingungen verursachte konvexe
Wölbung
des Kassettendeckels 20, und die hierdurch verursachte
effektive Verringerung der Breite und Länge des Kassettendeckels 20,
die hierdurch generierten radialen Zugkräfte des Kassettendeckels 20 von
den Stützschultern 28, 30 auf
den Gehäusekörper 18 übertragen
werden.
-
Die
Schweißnaht 34 muss
allenfalls geringe Zugkräfte übertragen.
Dagegen werden durch die Schweißnaht 34 im
Wesentlichen Schubkräfte übertragen,
durch die der Kassettendeckel 20 unter Vorspannung in der
Gehäusekörper-Öffnung gehalten wird.
-
Das
in den 3 und 4 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel
zeigt einen Kfz-Abgaskühler 50,
der im Aufbau dem der 1 und 2 im Wesentlichen
gleicht. Der Abgaskühler 50 weist
ein Kühlmittelgehäuse 12' und eine Innenkassette 14' auf, die im
Wesentlichen von einem Gehäusekörper 18' und einem Kassettendeckel 20' gebildet wird.
Der Kassettendeckel 20' und
der Gehäusekörper 18' sind durch
eine umlaufende Schweißnaht 34' im Randbereich
miteinander gasdicht und flüssigkeitsdicht
verbunden.
-
Zwischen
der Außenseite
des Kassettendeckels 20' und
der Innenseite des Kühlmittelgehäuses 12' ist ein Kühlflüssigkeitsraum 16' gebildet und
ist eine Stützstelle 52 vorgesehen,
durch die der entspannte Kassettendeckel 20' distal gegen konvexes Ausbeulen
nach außen
abgestützt
ist. Die Stützstelle 52 wird
durch zwei zueinander komplementäre
Stützkeile 54, 56 mit
Keilflächen 58, 60 gebildet,
wobei ein Stützkeil 54 auf
der dem Kühlmittelgehäuse 12' zugewandten
Außenseite
des Kassettendeckels 20' und der
andere Stützkeil 56 auf
der dem Kassettendeckel 20' zugewandten
Innenseite des Kühlmittelgehäuses 12' vorgesehen
ist. Beide Stützkeile 54, 56 erstrecken
sich über
mehr als die Hälfte
der Breite des Kassettendeckels 20'.
-
Bei
der Montage des Abgaskühlers 50 wird die
Innenkassette 14' in
einer Montagerichtung 62 in den Gehäusekörper 12' eingeschoben. In der in 3 dargestellten
Endposition der Innenkassette 14' kommen die beiden Keilflächen 58, 60 zur
Anlage. Hierdurch wird der Kassettendeckel 20' geringfügig in proximaler
Richtung vorgespannt und ein nennenswertes Ausbeulen des Kassettendeckels 20' bei Überdruck
innerhalb der Innenkassette 14' weitgehend vermieden. Damit wird
ebenfalls eine nennenswerte Verringerung der Breite und Länge des
Kassettendeckels 20' bei
innenseitigem Überdruck
vermieden. Hierdurch werden auch größere Zugkräfte in der umlaufenden Schweißnaht 34' vermieden.
Die Schweißnaht 34' überträgt bei Innenüberdruck
im Wesentlichen Schubkräfte.