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Die
Erfindung betrifft einen Abgaskühler für ein Kraftfahrzeug
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine integrierte Einheit
aus Abgaskühler und Ladeluftkühler nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 20.
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Bei
Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen ist es eine bekannte Maßnahme,
zur Reduzierung von Schadstoffen einen Teil eines Abgasstroms zu
kühlen und zum Ansaugtrakt rückzuführen.
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DE 10 2005 047 840
A1 beschreibt einen luftgekühlten Abgaskühler
nach dem Prinzip eines Rohrbündel-Wärmetauschers,
bei dem ein Stapel aus parallelen Flachrohren mit dazwischen angeordneten
Rippen zwischen seitlichen Sammlerkästen angeordnet sind.
Dabei wird das Abgas über einen der Sammlerkasten zugeführt
und auf die Vielzahl von Tauscherrohren verteilt, welche zur Kühlung
des Abgases von Luft umströmbar sind.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, einen Abgaskühler und eine
integrierte Einheit aus Abgaskühler und Ladeluftkühler
anzugeben, die auf einfache Weise bei hoher thermischer Belastung
durch das heiße Abgas und Kühlung des Abgases
durch Luft in ein Kraftfahrzeug integrierbar sind.
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Diese
Aufgabe wird für einen eingangs genannten Abgaskühler
erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Aufnahme der durch thermische
Dehnung bedingten Kräfte durch das Stützglied
ist eine verbesserte Betriebssicherheit des Abgaskühlers
erreicht.
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Insbesondere
bei direkt gekühlten bzw. luftgekühlten Abgaskühlern
können starke Temperaturschwankungen der Tauscherrohre
auftreten, die mit entsprechenden Materialdehnungen und resultierenden
Zug-, Schub- oder Biegekräften einhergehen. Zugleich ist
die Materialstärke von zum Beispiel Tauscherrohren oder
Rohrböden möglichst klein, um ein niedriges Gewicht
sowie einen guten Wärmedurchgang und somit hohe Leistung
zu gewährleisten.
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Bei
einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
ist das Stützglied als Halteglied zur Verbindung des Abgaskühlers
mit einer Tragstruktur ausgebildet, wobei unter der thermischen
Dehnung der Tauscherrohre eine elastische Deformation des Halteglieds
erfolgt. Somit ist eine Dehnung des Abgaskühlers insgesamt über
seine Halterung oder Anbringung kompensiert, ohne dass die Halterung
unerwünscht hohe, der Ausdehnung insbesondere lokal entgegen
gerichtete Kräfte in den Abgaskühler beziehungsweise
Ladeluftkühler einleitet. Je nach Detailgestaltung kann
durch eine solche elastisch deformierbare Halterung auch ein Teil
der durch den pulsierenden Abgasstrom eingeleiteten Vibrationen
aufgefangen bzw. gedämpft werden.
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Bei
einer besonders zweckmäßigen und Detailgestaltung
umfasst das Halteglied ein mehrfach gewinkeltes, insbesondere im
Wesentlichen Z-förmiges Blechformteil. Durch die mehrfache
Winkelung, die im Querschnitt z. B. eine Zickzack-Form, S-Form, Mäanderform,
Z-Form oder Ähnliches ergibt, ist auf einfache Weise eine
in senkrechter Richtung sehr steife und in Winkelungsrichtung, zum
Beispiel in Richtung der Tauscherrohre orientierte, elastische Halterung
ermöglicht. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn
die wirkenden Beschleunigungskräfte in vertikaler Richtung
am größten sind.
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Zweckmäßig
ist das Halteglied stoffschlüssig mit dem Abgaskühler
verbunden, insbesondere mittels Verschweißung. Unter Verschweißung
im Sinne der Erfindung ist dabei auch eine Hochtemperaturverlötung
(> 900°C)
oder eine Hartverlötung (450°C–900°C)
zum Beispiel mittels einer bevorzugt als Paste auf ein Blech aufgetragenen
Lotschicht in einem Lötofen zu verstehen. Luftgekühlte
Abgaskühler bestehen aufgrund der hohen Abgastemperaturen meist
aus einem Stahl oder einem anderen hoch temperaturfesten Material.
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Je
nach konkreter Anordnung, zum Beispiel in Verbindung mit einem Vorkühler,
kann der erfindungsgemäße Abgaskühler
aber auch aus Aluminium oder einem anderen weniger temperaturfesten Material
bestehen. Zur einfachen Montage kann das Halteglied mit der Tragstruktur
verschraubt sein, wodurch insbesondere auch eine Demontage zwecks Wartung
oder Austausch des Abgaskühlers ermöglicht ist.
Insgesamt ist es eine besonders vorteilhafte Kombination, wenn das
Halteglied an dem heißen Abgaskühler stoffschlüssig
angebracht ist und an der Tragstruktur mittels einer Verschraubung
oder entsprechend anderen lösbaren Festlegung.
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Besonders
bevorzugt ist an dem ersten Sammlerkasten ein erstes Halteglied
und an dem zweiten Sammlerkasten ein zweites Halteglied angeordnet,
wobei der eine der Sammlerkästen im Wesentlichen ortsfest
zu der Tragstruktur gehalten ist und der andere Sammlerkasten sich
in Abhängigkeit von der thermischen Dehnung relativ zu
der Tragstruktur bewegt. Hierdurch kann zum Beispiel ein Anschluss
mit nur kleiner Positionstoleranz an dem ortsfesten Sammlerkasten
vorgesehen sein und der andere Anschluss, der eine größere
Positionstoleranz aufweist, kann an dem bezüglich der thermischen
Ausdehnung beweglichen Sammlerkasten vorgesehen sein.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform ist es vorgesehen,
dass an dem ersten Sammlerkasten ein erstes Halteglied und an dem
zweiten Sammlerkasten ein zweites Halteglied angeordnet ist, wobei
die beiden Halteglieder an zueinander gewinkelten, insbesondere
senkrechten Flächen festgelegt sind. Hierdurch kann durch
die Positionierung der Halteglieder auf den Flächen eine
produktionsbedingte Bauteiltoleranz in mehreren, insbesondere sämtlichen
Raumrichtungen auf einfache Weise erreicht werden.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die zu der
ersten Ausführungsform alternativ oder auch ergänzend
vorgesehen sein kann, ist das Stützglied als Seitenteil
zur seitlichen Abdeckung der Mehrzahl von Tauscherrohren ausgebildet.
Seitliche Abdeckungen von luftumströmten Rohrbündeln
sind bereits aus Gründen der Betriebssicherheit üblich. Vorteilhaft
ist ein solches Seitenteil daher auf besondere Weise als Stützglied
zur Aufnahme von ausdehnungsbedingten Kräften ausgeformt
und an den Samm lerkästen angebracht, so dass ein in Längsrichtung
der Tauscherrohre wirkender Zuganker gegeben ist. Im Interesse einer
einfachen und kostengünstigen Herstellung ist das Seitenteil
als insbesondere einstückiges Blechformteil ausgebildet.
Es kann aber alternativ zum Beispiel auch als aus mehreren Blechstücken
verschweißtes Formteil ausgebildet sein.
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In
besonders vorteilhafter Detailgestaltung hat das Seitenteil endseitige
Laschen zur stoffschlüssigen Festlegung an dem Sammlerkasten,
wobei sich die Laschen über eine Länge des Sammlerkastens
erstrecken. Hierdurch kann eine besonders gute Versteifung gegen
eine Biegebelastung der äußeren seitlichen Tauscherrohre
gegenüber den Sammlerkästen bzw. der Festlegung
der Tauscherrohre in den Böden erzielt werden. Solche Biegebelastungen
treten regelmäßig aufgrund inhomogener Temperaturverteilung
und somit unterschiedlich starker Ausdehnung der verschiedenen Tauscherrohre
auf. So werden zum Beispiel die mittleren Tauscherrohre einer ebenen
Anordnung von parallelen Rohren regelmäßig stärker
von Abgas durchströmt werden und somit heißer
sein als die seitlich äußeren Tauscherrohre. Zudem
wird die hinsichtlich der Umströmung mit kühlender
Luft vordere Seite der insbesondere als Flachrohre ausgebildeten
Tauscherrohre kühler sein als die hintere Seite. Hierdurch
treten die genannten Biegespannungen auf, welche durch das Seitenteil
mit seinen Laschen gut kompensiert werden. Zur besonders effektiven
Abstützung ist es dabei vorgesehen, dass die Länge
der Laschen mehr als eine, insbesondere mehr als zwei Wiederholeinheiten
der Tauscherrohre beträgt.
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Auf
einfache Weise kann das Seitenteil im Wesentlichen über
seine gesamte Länge eine randseitige Umbiegung, insbesondere
ein U-förmiges Querschnittsprofil, aufweisen, wodurch eine
gute Steifigkeit gegeben ist.
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Gemäß einer
alternativen Ausführungsform ist das Seitenteil nur über
einen Teilbereich seiner Länge mit einer randseitigen Umbiegung,
insbesondere einem U-förmiges Querschnittsprofil, versehen.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Seitenteil derart
angeordnet, dass die randseitige Umbiegung oder ein oder beide Schenkel des U-förmigen
Querschnittsprofils die äußerste Rippenlage zum
Teil oder im Wesentlichen ganz abdeckt. Die damit verbundene Beeinträchtigung
der Temperierung der äußersten Rohrlage kann in
Kauf genommen werden, da die äußerste Rohrlage
aufgrund des geringeren Gasmassenstroms ohnehin eine geringere Wandtemperatur
hat als jene Rohrlagen in der Mitte des Wärmetauschers.
Durch die Beeinträchtigung der Temperierung wird unter
Umständen einem Temperaturgradienten von der Mitte des Wärmetauschers
zu den äußersten Rohrlagen entgegengewirkt, so
dass vorteilhafterweise Thermospannungen reduziert werden.
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Allgemein
vorteilhaft ist das Seitenteil flächig stoffschlüssig
verbunden, insbesondere mit einer seitlich äußeren
Rippe des Abgaskühlers. Hierdurch lässt sich die
stützende Kraft besonders gut in ein Netz aus Flachrohren
und Kühlrippen einleiten.
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Bei
einer besonders bevorzugten Detailgestaltung hat das Seitenteil
beabstandet von seiner Verbindung mit dem Sammlerkasten zumindest
eine Schwächung in Richtung der Tauscherrohre. Die Schwächung
kann auf einfache Weise als Schlitzung oder Durchbrechung des Seitenteils
ausgebildet sein. Eine solche Schwächung ermöglicht
eine verringerte Abstützung der randseitigen Rohre in ihrem mittleren
Bereich, aber eine deutliche Abstützung in den Endbereichen
der Rohre. Gerade in den Endbereichen ist die Abstützung
gewünscht um die empfindlichen Übergänge
bzw. Verschweißungen oder Verlötungen der Tauscherrohre
in den Böden der Sammlerkästen von ausdehnungsbedingten
Kräften zu entlasten.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform sind zwischen den Tauscherrohren
Kühlrippen, insbesondere aus Stahl, angeordnet. Besonders
bevorzugt ist vorgesehen, dass die Kühlrippen zur Verringerung ausdehnungsbedingter
mechanischer Spannungen die Kühlrippen in einem Abstand
von mehr als etwa 10 mm, insbesondere bis zu etwa 25 mm, von dem Boden
des Sammlerkastens enden. Weiterhin vorteilhaft haben die Kühlrippen
dabei eine Materialdicke von nicht mehr als etwa 0,15 mm, bevorzugt
0,1 mm, insbesondere etwa 0,08 mm. Alternativ oder ergänzend
kann es vorgesehen sein, dass die Kühlrippen verrundete
oder gewinkelte Flanken zur Verringerung ihrer Steifigkeit in vertikaler
Richtung aufweisen.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird für eine eingangs genannte integrierte
Einheit aus einem Abgaskühler und einem Ladeluftkühler
erfindungsgemäße durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 20 gelöst. Durch die Anordnung der Tauscherrohre
des Abgaskühlers in derselben Ebene und ohne Überdeckung
neben den Tauscherrohren des Ladeluftkühlers wird eine
Bauraum sparende Anordnung bereitgestellt. Besonders vorteilhaft
haben dabei die Sammlerkästen des Ladeluftkühlers
in ihrer Längsrichtung einen nicht von Tauscherrohren des Ladeluftkühlers
durchsetzten Bereich, wobei der Abgaskühler in diesem Bereich
zwischen den Sammlerkästen des Ladeluftkühlers
aufgenommen ist. Der verlängerte Bereich der Sammlerkästen,
der auch als eine Art starre Zuführleitung zu dem Ladeluftkühler ausgelegt
oder aufgefasst werden kann, bildet dabei zweckmäßig
zugleich eine den Abgaskühler haltende Tragstruktur. Eine
solche Anordnung bietet zudem auf einfache Weise die Möglichkeit,
dass der Abgaskühler als optionales Modul vorgesehen ist.
Häufig wird bei einer erfindungsgemäßen
integrierten Einheit der Abgaskühlers u. a. aus Gründen
der hohen Temperaturen aus einem Stahl bestehen und der Ladeluftkühler
u. a. aus Gründen von Gewicht und Kosten aus Aluminium
bestehen.
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Bei
einer im Sinne der Festlegung und Anordnung der Ladeluft- und Abgasleitungen
besonders zweckmäßigen Ausführungsform
erstrecken sich die Sammlerkästen des Abgaskühlers
benachbart und parallel zu den Sammlerkästen des Ladeluftkühlers,
wobei ein Sammlerkasten des Abgaskühlers an einem Sammlerkasten
des Ladeluftkühlers festgelegt ist.
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In
vorteilhafter Detailgestaltung ist ein Anschluss des auslassseitigen
Sammlerkastens des Abgaskühlers mit dem auslassseitigen
Sammlerkasten des Ladeluftkühlers verbunden. Hierdurch
kann Bauraum eingespart werden und die frühe Zusammenführung
von gekühltem Abgas und gekühlter Ladeluft bewirkt
eine gute Durchmischung der Gaskomponenten.
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Ganz
allgemein vorteilhaft ist die erfindungsgemäße
integrierte Einheit so gestaltet, dass der Abgaskühler
als Abgaskühler nach einem der Ansprüche 1 bis
19 ausgebildet ist. Hierbei ergeben sich besonders günstige
Merkmalskombinationen. Ein Beispiel dafür ist die Zusammenführung
von gekühltem Abgas und gekühlter Ladeluft in
der Nähe der im Wesentlichen ortsfesten Festlegung des
Abgaskühlers im Sinne von Anspruch 6, wobei die Tragstruktur
des Abgaskühlers ein Sammlerkasten des Ladeluftkühlers
ist.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend
beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
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Nachfolgend
werden mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
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1 zeigt
eine Draufsicht auf eine integrierte Einheit aus einem Ladeluftkühler
und einem erfindungsgemäßen Abgaskühler
gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
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2 zeigt
eine schematische Draufsicht von oben auf das Ausführungsbeispiel
aus 1.
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3 zeigt
eine Detailansicht des Abgaskühlers aus 1 mit
einem Z-förmigen Halteglied.
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4 zeigt
eine Detailansicht des Abgaskühlers aus 1 mit
einem L-förmigen Halteglied.
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5 zeigt
eine schematische Draufsicht auf einen Abgaskühler gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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6 zeigt
eine räumliche Teilansicht des Abgaskühlers aus 5 mit
einem Seitenteil.
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7 zeigt
eine erste Abwandlung des Seitenteils aus 6.
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8 zeigt
eine zweite Abwandlung des Seitenteils aus 6.
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9 zeigt
eine dritte Abwandlung des Seitenteils aus 6
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10 zeigt
eine vierte Abwandlung des Seitenteils aus 6
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11 zeigt
eine schematische Darstellung einer verbesserten Kühlrippe.
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Das
erste Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß 1 umfasst
eine integrierte Einheit aus einem Ladeluftkühler 1 und
einem Abgaskühler 2. Der Ladeluftkühler 1 besteht
im Wesentlichen aus Aluminium und umfasst einen eintrittsseitigen
Sammlerkasten 3 und einen austrittsseitigen Sammlerkasten 4,
die als längliche, hohle Druckgussteile ausgebildet sind.
In ihrem oberen Endbereich haben die Sammlerkästen einen
an den Bauraum angepassten, gekrümmten Verlauf zum Anschluss
an weitere Leitungen.
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Die
Sammlerkästen 3, 4 sind durch eine Vielzahl
von parallelen, in einer Ebene angeordneten Aluminium-Flachrohren 5 verbunden,
zwischen denen nicht dargestellte Rippenelemente zur Vergrößerung
der wirksamen Oberfläche vorgesehen sind. Der Ladeluftkühler 1 ist
in einem Frontbereich eines Kraftfahrzeugs, vorliegend eines Nutzkraftwagens, vor
einem Motor-Kühlmittelkühler angeordnet und die Tauscherrohre
werden von Außenluft in Fahrtrichtung umströmt.
Die länglichen Sammlerkästen sind dabei im Wesentlichen
senkrecht orientiert.
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Die
Sammlerkästen 3, 4 erstrecken sich über den
durch die Tauscherrohre verbundenen Bereich hinaus nach oben. In
diesem Bereich ist zwischen den Sammlerkästen des Ladeluftkühlers
der Abgaskühler 2 angeordnet. Der Abgaskühler 2 besteht
im Wesentlichen aus Stahl und hat zwei seitliche Sammlerkästen 6, 7,
die durch eine Vielzahl von flachen Tauscherrohren 8 verbunden
sind, die in Böden 6a, 7a der Sammlerkästen 6, 7 münden.
Die parallelen Tauscherrohre 8 sind in der gleichen Ebene
angeordnet wie die Tauscherrohre 5 des Ladeluftkühlers 1. Zwischen
den Tauscherrohren 8 sind jeweils Kühlrippen 8 vorgesehen,
die flächig mit den Flachrohren 8 hartverlötet
sind.
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Der
eintrittsseitige Sammlerkasten 6 und der austrittsseitige
Sammlerkasten 7 des Abgaskühlers sind jeweils über
ein als Halteglied ausgeformtes Stützglied 9, 10 mit
den benachbarten Sammlerkästen 3, 4 des
Ladelustkühlers verbunden, welche eine Tragstruktur für
den Abgaskühler bereitstellen.
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Das
eintrittsseitige Stützglied 9 ist ein mehrfach
gewinkeltes, Z-förmiges Blechformteil (siehe insbesondere 2),
das mit einer Zunge 9a in einem Schweißbereich 6b des
Sammlerkastens 6 stoffschlüssig festgelegt ist,
zum Beispiel durch Laserschweißen oder flächige
Hochtemperatur- oder Hartverlötung.
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An
seinem gegenüberliegenden Ende hat das Halteglied 9 Zungen 9b mit
Schraubenloch zur Verschraubung des Halteglieds 9 an dem
Sammlerkasten 3 des Ladeluftkühlers, wozu an diesem
entsprechende Gewinde vorgesehen sind.
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Zwischen
den eintrittsseitigen Sammlerkästen 3, 6 verbleibt
ein von dem Halteglied 9 überbrückter
Spalt 9a, in den sich der Abgaskühler bei entsprechender
Erhitzung und Materialdehnung ausdehnt. Das Z-förmige Halteglied 9 wird
dabei elastisch deformiert, so dass eine sichere Halterung bestehen bleibt
und zudem die ursprüngliche Ausdehnung bei Abkühlung
schadlos wieder erreicht wird.
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Auf
der Seite der austrittsseitigen Sammlerkästen 4, 7 sind
diese durch ein im Querschnitt L-förmiges Halteglied 10 verbunden,
wobei das Halteglied wiederum mit dem Sammler 7 des Abgaskühlers
verschweißt und mit dem Sammler 4 des Ladeluftkühlers
verschraubt ist. Die Verbindung der Sammlerkästen über
das L-förmige Halteglied 10 ist in der Hauptausdehnungsrichtung
bzw. der Richtung der Tauscherrohre erheblich steifer als die Verbindung über
das Halteglied 9, so dass eine Dehnung des Abgaskühlers 2 weitgehend
nur eine relative Bewegung der eintrittsseitigen Sammlerkästen 3, 6 zueinander, nicht
aber der austrittsseitigen Sammlerkästen 4, 7 bewirkt.
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Dies
ist im Zusammenhang mit der weiteren Anordnung der Anschlüsse
besonders vorteilhaft, da die austrittsseitigen Sammlerkästen 4, 7 über
einen abzweigenden Anschluss 4a des Ladeluftkühlers
auf engem Raum miteinander verbunden sind, um Abgas und Ladeluft
zusammenzuführen.
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Weiterhin
hat diese Anordnung den Vorteil, dass durch die Anordnung der Halteglieder 9, 10 auf zueinander
senkrechten Flächen der Sammlerkästen 6, 7 eine
Kompensation von Bauteiltoleranzen des Abgaskühlers in
sämtlichen Raumrichtungen erfolgen kann. Der Z-förmige
Halter und ist auf der zur Fahrtrichtung senkrechten Rückseite
des Sammlerkastens 6 des Abgaskühlers 2 mittels
mechanischer Fügung, insbesondere Schweißen und
Löten, festgelegt. Durch dessen geeignete Positionierung
kann die Bauteiltoleranz in Rohrlängsrichtung als auch
in vertikaler Richtung kompensiert werden. Der L-förmige
Halter ist seitlich auf einer zur Querrichtung oder Tauscherrohrrichtung
senkrechten Fläche am anderen Sammlerkasten 7 des
Abgaskühlers festgelegt und ermöglicht somit eine
Kompensation der Bauteiltoleranzen in vertikaler Richtung und in
Fahrtrichtung. Mit einer Ausführung der Halter in beschriebener
Schreibweise können die Anschlussstutzen der Sammlerkästen 6, 7 exakt
positioniert werden und die thermische Längendehnung wird
zugleich kompensiert, wobei die Halter 9, 10 eine
ausreichende Steifigkeit aufweisen, um die auftretenden mechanischen
Belastungen zu ertragen und die Dauerhaltbarkeitsanforderungen zu
erfüllen.
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Ein
weiteres Stützglied im Sinne der Erfindung ist als Seitenteil 11 ausgebildet.
Das Seitenteil 11 ist ein endseitig des Stapels von Taucherrohren 8 und
Kühlrippen 9 angeordnet und mit jeweils einer äußeren
der Kühlrippen 9 flächig stoffschlüssig
verbunden, vorliegend durch Hochtemperatur- oder Hartverlötung.
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Das
Seitenteil 11 ist in der in 3 und 5 abgebildeten
Ausführung als einstückiges Blechformteil mit
umgebogenen seitlichen Rändern 12 ausgeformt,
so dass es einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt
hat. In endseitigen Bereichen in der Nähe der Sammlerkästen 6, 7 vergrößern
sich die Umbiegungen zu Laschen 13, die sich über
eine Länge des Sammlerkastens 6, 7 von
vorliegend etwa drei Wiederholeinheiten aus Tauscherrohren 8 und Kühlrippen 9 erstrecken
und stoffschlüssig durch Hartverlötung oder Verschweißung
an den Sammlerkästen 6, 7 festgelegt
sind. Die Laschen 13 haben Durchbrechungen 13a,
die eine Umströmung der Tauscherrohre mit Luft auch im
Bereich ihrer Überdeckungen durch die Laschen ermöglichen.
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Durch
die Anbindung der in Längsrichtung der Sammlerkästen 6, 7 erstreckten
Laschen 13 wird eine besonders hohe Biegesteifigkeit zumindest
der randseitigen Tauscherrohre 8 in ihren Endbereichen erzielt,
so dass die insbesondere bei Biegebelastung kritischen Übergänge
zwischen Tauscherohren 8 und Böden 6a, 7a entlastet
sind.
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Zugleich
ist es gewünscht, dass die Tauscherrohre sich außerhalb
dieser kritischen Bereich der Übergänge möglichst
ungehindert dehnen können, um übermäßige
Materialverspannungen bei den hohen Temperaturen eines Abgaskühlers
zu vermeiden. Hierzu weist das Seitenteil in bevorzugten weitergebildeten
Ausführungsformen gezielte Schwächungen 14 in
seinem mittleren Bereich auf.
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Im
Ausführungsbeispiel nach 6 ist die Schwächung 14 als
im mittleren Bereich angeordnete Querschlitzung ausgelegt, wobei
das Seitenteil im Bereich der Querschlitzung nur durch eine sickenartige
Bördelung des umgebogenen Randbereichs einstückig
verbunden ist.
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In
einer Abwandlung nach 7 sind zusätzliche
Schwächungen in Form von Kerbungen mit verbleibendem Mittelsteg
vorgesehen.
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In
einer Abwandlung nach 8 sind anstelle der Kerbungen
alternierende Mehrfach-Einschnitte vorgesehen, wodurch ebenfalls
eine besonders gute Dehnbarkeit des Seitenteils in Längsrichtung
im Bereich der Schwächungen erzielt wird.
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Bei
einer Abwandlung gemäß 10 sind nur
zwei endseitige Bereiche 15 des Seitenteils 13 flächig
massiv mit U-förmigem Querschnitt und Laschen 13 ausgebildet,
wobei die endseitigen Bereiche durch schmale und in Längsrichtung
elastische Verbindungsstege 16 verbunden sind, durch die ebenfalls
eine Schwächung im Vergleich zu den endseitigen Bereichen 15 darstellt.
Die Länge der Bereiche 15 beträgt nur
etwa 10%–20% der Gesamtlänge des Seitenteils.
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Die
endseitigen Laschen 13 können auch wie in einer
Abwandlung gemäß 9 verdoppelt, insbesondere
aus zwei Blechen verschweißt und mit insgesamt H-förmigem
Querschnitt ausgebildet sein, wodurch eine besonders große
Stabilität erzielt wird.
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11 zeigt
eine schematische seitliche Ansicht einer Kühlrippe, die
eine weitere Reduzierung der thermisch bedingten Spannung ermöglicht.
Dies wird durch Abwinkelungen oder Verrundungen 17 der Rippenflanken
erreicht, so dass die Rippen einen weniger starken Zug- und Druckanker
in vertikaler Richtung darstellen.
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Eine
weitere wesentliche Ursache für die Höhe der thermischen
Spannungen in den Rohrenden ist die konstruktive Ausführung
des Blocks aus Kühlrippen und Tauscherrohren. Die Kühlrippe
ist nach dem Stand der Technik flächig fest mit den Rohren
verbunden und bildet daher ein sehr steifes Bauteil. Besonders ist
dies der Fall bei Verwendung einer Stegrippe mit senkrechten oder
nahezu senkrechten Flanken. Diese Rippen stellen damit einen sehr
starken vertikalen Zug- und Druckanker dar. Wobei auch ein Verformung
in horizontaler Richtung bzw. ein Verschieben benachbarter Rohre
zueinander nur sehr schwer möglich ist. Diese Rippen weisen
in der Regel im Stand der Technik bei Ausführung in Edelstahl
aus Gründen der Wärmeleitung eine hohe Materialdicke auf.
Aufgrund der wechselnden Belastung ergeben sich Zustände
in welchen sich der Rippen-Rohrblock stärker in vertikaler
Richtung ausdehnt als die Böden bzw. Sammlerkästen
oder umgekehrt. Dies führt dazu, dass die Tauscherrohre
8 im Bereich ihrer Festlegung an den Böden einer starken
Biegewechselbeanspruchung unterliegen. Dies gilt vor allem nahe den
Rohrenden, da die Kühlrippe in der Regel einen Abstand
von 3 bis 10 mm zum Boden hat, wobei die Gesamtlänge der
Tauscherrohre zum Beispiel etwa 70 cm beträgt. Die Biegebeanspruchung
des Rohres erfolgt dabei hauptsächlich im Freiraum zwischen dem
Ende der Kühlrippen 9 und dem Boden 6a, 7a.
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In
einer vorteilhaften Ausführung des Rippen-Rohrblocks werden
die Rippen gekürzt ausgeführt, so dass die Tauscherrohre 8 beidseitig
zwischen etwa 10 mm und etwa 25 mm überstehen. Damit wird
die Biegelast auf ein länge res Rohrstück übertragen
und die maximale Spannung am Rohrende reduziert.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird die Materialdicke
bei Ausführung in Edelstahl auf nicht mehr als etwa 0,1
mm reduziert, besonders vorteilhaft etwa 0,8 mm. Damit wird die
Steifigkeit des Rippen-Rohrblockes deutlich reduziert und die Rohrenden
entlastet, da ein Teil der Verformungen aufgrund thermischer Last
nun auch im Rippen-Rohrblock selbst erfolgen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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